目录
[1. DMA简介](#1. DMA简介)
[2. DMA 的核心工作流程与优势](#2. DMA 的核心工作流程与优势)
[3. DMA 的三种工作模式](#3. DMA 的三种工作模式)
前言
DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是计算机科学中一个至关重要的概念，特别是在嵌入式系统、高频交易和高性能计算领域。简单来说，它就像是给计算机雇了一个"搬运工"，让 CPU 从繁琐的数据搬运工作中解脱出来，但一般不用在FPGA中，因为FPGA可以并行处理。但像Zynq（PS + PL）中会用到DMA。本文将对DMA技术进行介绍。
1. DMA简介
DMA 是一种允许外设（如网卡、显卡、磁盘、ADC 等）直接与系统内存（RAM）进行数据交换的机制，而无需 CPU 的全程干预。
在没有 DMA 的年代，数据交换采用 PIO（Programmed I/O） 模式：
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CPU 发出读取指令。
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CPU 等待外设准备好数据。
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CPU 将数据读入寄存器。
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CPU 将数据从寄存器写入内存。
该模式流程如图1-1所示*。结果：* 大量 CPU 时钟周期被浪费在单纯的"搬运"上。
图 1-1PIO模式流程图
2. DMA 的核心工作流程与优势
2.1工作流程
DMA 的操作通常分为四个阶段：
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初始化： CPU 通过设置 DMA 控制器的寄存器（源地址、目的地址、传输数据量、控制字等）来"下达任务"。
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请求（DMA Request）： 外设准备好数据后，向 DMA 控制器发送请求信号。
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接管总线（Bus Arbitration）： DMA 控制器向 CPU 申请总线控制权（Hold）。CPU 完成当前总线周期后释放总线（HLDA），由 DMA 接管。
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数据传输： DMA 直接控制地址总线和数据总线，完成内存与外设间的数据移动。
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结束（Interrupt）： 传输完成后，DMA 控制器向 CPU 发起中断，告知"活儿干完了"。
该流程如图2-1所示。
图 2-1 DMA控制器的五个关键阶段
将传统的CPU搬运方式和DMA架构方式做对比，如图2-2所示。
图 2-2 DMA工作原理对比
2.2优势
DMA搬运数据具有以下优势：
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提升 CPU 效率： CPU 可以并行处理逻辑运算，而不是卡在 I/O 等待上。
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提高吞吐量： 数据路径更短，减少了寄存器中转带来的延迟。
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低功耗： 在某些应用中，可以让 CPU 进入睡眠模式，只留 DMA 在搬运传感器数据。
潜在挑战
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缓存一致性（Cache Coherency）： DMA 直接改写了内存，但 CPU 的 Cache 里可能还是旧数据。这需要硬件维护一致性或软件进行
Invalidate/Flush操作。 -
总线竞争： 如果 DMA 占用总线太久，会造成 CPU "饥饿"。
3. DMA 的三种工作模式
根据对总线占用方式的不同，DMA 有以下三种常见模式：
| 模式 | 描述 | 优缺点 |
|---|---|---|
| 停止 CPU 访问 (Burst Mode) | DMA 一旦获得总线，就连续传输完所有数据才释放。 | 快，但传输期间 CPU 被完全挂起，实时性差。 |
| 周期挪用 (Cycle Stealing) | 每次 DMA 只传输一个字/字节就归还总线，等下一个请求再申请。 | 对 CPU 影响小，但总线申请开销大，适合慢速外设。 |
| 透明模式 (Transparent Mode) | 仅在 CPU 不使用总线（如译码阶段）时才偷偷传输。 | 对 CPU 完全透明，但电路设计极其复杂且传输效率不可控。 |
以上就是本次笔记的内容。