DMA（Direct Memory Access），字面意思“直接访问内存”，无需 CPU 干预直接读写内存。传统CPU读写数据时，需要先将要使用的数据保存到 RAM，等要用时再从RAM 加载。
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一、传统CPU存取数据
CPU 不直接存取外设的原因：
- CPU 的工作速度和外设的工作速度差距太大
- 外设格式种类繁多，无法直接存取，需要经过转换
基于上述原因，CPU 不能直接从外设获取或者向外设写入内容。传统CPU 获取数据的步骤如下：
1、CPU 将外设数据加载到内存（和CPU的处理速度最接近）
2、CPU 检查 cache 是否有自己需要的数据（是否命中）
3、如果命中，直接返回数据；如未命中，继续从内存获取（这里暂时不考虑MMU）
4、返回数据
二、认识DMA
由上面CPU 读取数据来看，无论是将外设数据搬移到内存，还是从内存读取数据，都需要CPU 的参与。为了让 CPU 能够专注于处理手中事务，DMA 将负责数据的搬移工作。
1、什么是DMA
DMA（Direct Memory Access）即直接存储器访问，借助内部的控制器来实现内存和外设之间的数据传输。有了DMA，CPU 可以专注于内存数据的存取；数据的搬运过程完全可以交由DMA硬件完成。有了DMA以后，不代表完全不需要CPU了，只是不会像中断那样频繁向CPU发送请求。
- 开始传输时刻：DMA向CPU申请至少一个总线周期的占用时间来做数据传输工作
- 结束传输时刻：DMA向CPU发送中断请求，请求CPU处理这些数据
2、DMA 的工作模式、数据传输方式、寻址模式
工作模式：直接模式、FIFO 模式。
① 直接模式
DMA 直接进行从源地址到目的地址的数据传输。
② FIFO 模式
FIFO模式下，可以将要传输的多个数据（或字节）累计存储在FIFO缓冲器中，然后在FIFO缓冲器中设置存储阈值，当到达阈值时，FIFO会自动把所有存储的数据一次性的发送到目标地址。
数据传输方式：单字传送、块传送
① 单字传送（单次模式）
DMA 请求获得批准后，CPU 让出一个总线周期用于字或字节的传送。结束后， DMA 控制器归还总线控制权，CPU 再重新判断下一个总线周期的总线控制权是 CPU 保留，还是继续响应一次新的 DMA 请求。这种方式称为单字传送方式，又称为周期挪用或周期窃取。
② 块传送（突发模式）
DMA 请求获得批准后，DMA 控制器掌管总线控制权，连续占用若干个总线周期，进行成组连续的批量传送，直到批量传送结束，才将总线的控制权交还给 CPU。这种方式称为成组连续传送方式
寻址模式：增量寻址、非增量寻址
① 增量寻址：发送完数据后，继续发送下一个地址的数据，配合突发传输模式
② 非增量寻址: 一发送完数据后，如果想要继续发送数据，需要更具软件配置的发送下一个数据的地址，再进行数据的传输
3、为什么要使用DMA
第一，可以把比较固定的任务让DMA来做，可以减轻CPU负担，提高系统的效率
第二，DMA具有一般CPU没有的高效操作，能够提高系统的吞吐率（IO 效率）
三、DMA 数据传输
1、准备阶段
CPU 会对 DMA 控制器和 IO 接口进行初始化，初始化的内容如下：
① DMA 控制器初始化
- 配置 DMA 内存缓冲区的首地址（即告诉DMA把数据放到哪）
- 配置 DMA 传输方向（是向外设传数据，还是从外设读数据）
- 配置 DMA 交换量（设置数据传输的上限）
② 接口的初始化
- I/O 设备的寻址信息
2、传输请求
① 设备接口 => DMA 控制器
设备接口向DMA控制器发送 “ DMA请求 ” ，即请求使用 DMA 进行数据传输
② DMA 控制器 => CPU
DMA 控制器向CPU申请 “ 总线占用 ”，DMA控制器和 CPU 只能有一个占用总线
③ CPU => DMA 控制器
CPU 批准使用总线，此时CPU会让出一个或者多个总线周期用于数据传输。在DMA数据传输期间，CPU 停止访问内存，无法执行需要占用总线的指令。
④ DMA 控制器 => 设备接口
DMA 批准设备请求，此时 DMA控制器将掌握总线控制权。如果是单字节传送，一个总线周期后，DMA归还总线控制权；如果是块传送，连续占用若干个总线周期后，DMA才会归还总线控制权。
3、数据传送
数据传送期间，DMA 控制器会向总线发送读/写命令、向 I/O 接口发响应信号。真正的数据交互是内存和设备接口，DMA 控制器只是负责控制整个数据传送流程。
4、善后处理
在初始化时，CPU 便指定了DMA的交换量，而且DMA 控制器内部有一个计数器，只有 DMA 控制器知道传送是否结束。当传送结束时，DMA控制器向CPU发送一个传输完成的中断，CPU重新接管总线的控制权。
注意：DMA 控制器并非只有在传输完成时才会发送中断，其实传输过半、传输错误也可以发送中断
参考文章：