2.5. DMA 设备¶

2.5.1. 简介¶

DMA(Direct Memory Access) 是一种内存存取技术，可以独立地直接读写系统内存，而不需处理器介入处理。在同等程度的处理器负担下，DMA 是一种快速的数据传送方式。博流系列 MCU 中 DMA 设备具有以下特性：

控制器有 8 组独立专用通道
四种传输方向：内存至内存、内存至外设、外设至内存、外设到外设
LLI 链表工作模式。

2.5.2. DMA 设备结构体定义¶

typedef struct dma_device
{
    struct device parent;
    uint8_t id;
    uint8_t ch;
    uint8_t transfer_mode;
    uint8_t direction;
    uint32_t src_req;
    uint32_t dst_req;
    uint8_t src_addr_inc;
    uint8_t dst_addr_inc;
    uint8_t src_burst_size;
    uint8_t dst_burst_size;
    uint8_t src_width;
    uint8_t dst_width;
    dma_lli_ctrl_t *lli_cfg;
} dma_device_t;

parent 继承父类属性
id DMA id号，默认0，当前只有一个DMA
ch 通道号
transfer_mode 传输模式
direction 传输方向
src_req 源请求
dst_req 目标请求
src_addr_inc 源地址自增
dst_addr_inc 目标地址自增
src_burst_size 源突发字节数
dst_burst_size 目标突发字节数
src_width 源传输位宽
dst_width 目标传输位宽
lli_cfg 用来存储dma通道的一些信息，用户不用管

transfer_mode 提供以下类型

#define DMA_LLI_ONCE_MODE     0
#define DMA_LLI_CYCLE_MODE    1

direction 提供以下类型

typedef enum {
    DMA_MEMORY_TO_MEMORY = 0,                        /*!< DMA transfer tyep:memory to memory */
    DMA_MEMORY_TO_PERIPH,                            /*!< DMA transfer tyep:memory to peripheral */
    DMA_PERIPH_TO_MEMORY,                            /*!< DMA transfer tyep:peripheral to memory */
    DMA_PERIPH_TO_PERIPH,                            /*!< DMA transfer tyep:peripheral to peripheral */
}dma_transfer_dir_type;

src_req 提供以下类型

#define DMA_REQUEST_NONE        0x00000000 /*!< DMA request peripheral:None */
#define DMA_REQUEST_UART0_RX    0x00000000 /*!< DMA request peripheral:UART0 RX */
#define DMA_REQUEST_UART0_TX    0x00000001 /*!< DMA request peripheral:UART0 TX */
#define DMA_REQUEST_UART1_RX    0x00000002 /*!< DMA request peripheral:UART1 RX */
#define DMA_REQUEST_UART1_TX    0x00000003 /*!< DMA request peripheral:UART1 TX */
#define DMA_REQUEST_I2C0_RX     0x00000006 /*!< DMA request peripheral:I2C RX */
#define DMA_REQUEST_I2C0_TX     0x00000007 /*!< DMA request peripheral:I2C TX */
#define DMA_REQUEST_SPI0_RX     0x0000000A /*!< DMA request peripheral:SPI RX */
#define DMA_REQUEST_SPI0_TX     0x0000000B /*!< DMA request peripheral:SPI TX */
#define DMA_REQUEST_I2S_RX      0x00000014 /*!< DMA request peripheral:I2S RX */
#define DMA_REQUEST_I2S_TX      0x00000015 /*!< DMA request peripheral:I2S TX */
#define DMA_REQUEST_ADC0        0x00000016 /*!< DMA request peripheral:ADC0 */
#define DMA_REQUEST_DAC0        0x00000017 /*!< DMA request peripheral:DAC0 */
#define DMA_REQUEST_USB_EP0     0x00000018 /*!< DMA request peripheral:USB EP0*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP1     0x00000019 /*!< DMA request peripheral:USB EP1*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP2     0x0000001A /*!< DMA request peripheral:USB EP2*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP3     0x0000001B /*!< DMA request peripheral:USB EP3*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP4     0x0000001C /*!< DMA request peripheral:USB EP4*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP5     0x0000001D /*!< DMA request peripheral:USB EP5*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP6     0x0000001E /*!< DMA request peripheral:USB EP6*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP7     0x0000001F /*!< DMA request peripheral:USB EP7 */

dst_req 提供以下类型

#define DMA_REQUEST_NONE        0x00000000 /*!< DMA request peripheral:None */
#define DMA_REQUEST_UART0_RX    0x00000000 /*!< DMA request peripheral:UART0 RX */
#define DMA_REQUEST_UART0_TX    0x00000001 /*!< DMA request peripheral:UART0 TX */
#define DMA_REQUEST_UART1_RX    0x00000002 /*!< DMA request peripheral:UART1 RX */
#define DMA_REQUEST_UART1_TX    0x00000003 /*!< DMA request peripheral:UART1 TX */
#define DMA_REQUEST_I2C0_RX     0x00000006 /*!< DMA request peripheral:I2C RX */
#define DMA_REQUEST_I2C0_TX     0x00000007 /*!< DMA request peripheral:I2C TX */
#define DMA_REQUEST_SPI0_RX     0x0000000A /*!< DMA request peripheral:SPI RX */
#define DMA_REQUEST_SPI0_TX     0x0000000B /*!< DMA request peripheral:SPI TX */
#define DMA_REQUEST_I2S_RX      0x00000014 /*!< DMA request peripheral:I2S RX */
#define DMA_REQUEST_I2S_TX      0x00000015 /*!< DMA request peripheral:I2S TX */
#define DMA_REQUEST_ADC0        0x00000016 /*!< DMA request peripheral:ADC0 */
#define DMA_REQUEST_DAC0        0x00000017 /*!< DMA request peripheral:DAC0 */
#define DMA_REQUEST_USB_EP0     0x00000018 /*!< DMA request peripheral:USB EP0*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP1     0x00000019 /*!< DMA request peripheral:USB EP1*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP2     0x0000001A /*!< DMA request peripheral:USB EP2*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP3     0x0000001B /*!< DMA request peripheral:USB EP3*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP4     0x0000001C /*!< DMA request peripheral:USB EP4*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP5     0x0000001D /*!< DMA request peripheral:USB EP5*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP6     0x0000001E /*!< DMA request peripheral:USB EP6*/
#define DMA_REQUEST_USB_EP7     0x0000001F /*!< DMA request peripheral:USB EP7 */

src_addr_inc 提供以下类型

#define DMA_ADDR_INCREMENT_DISABLE 0 /*!< Addr increment mode disable */
#define DMA_ADDR_INCREMENT_ENABLE  1 /*!< Addr increment mode enable  */

dst_addr_inc 提供以下类型

#define DMA_ADDR_INCREMENT_DISABLE 0 /*!< Addr increment mode disable */
#define DMA_ADDR_INCREMENT_ENABLE  1 /*!< Addr increment mode enable  */

src_burst_size 提供以下类型

#define DMA_BURST_1BYTE     0
#define DMA_BURST_4BYTE     1
#define DMA_BURST_8BYTE     2
#define DMA_BURST_16BYTE    3

dst_burst_size 提供以下类型

#define DMA_BURST_1BYTE     0
#define DMA_BURST_4BYTE     1
#define DMA_BURST_8BYTE     2
#define DMA_BURST_16BYTE    3

src_width 提供以下类型

#define DMA_TRANSFER_WIDTH_8BIT  0
#define DMA_TRANSFER_WIDTH_16BIT 1
#define DMA_TRANSFER_WIDTH_32BIT 2

dst_width 提供以下类型

#define DMA_TRANSFER_WIDTH_8BIT  0
#define DMA_TRANSFER_WIDTH_16BIT 1
#define DMA_TRANSFER_WIDTH_32BIT 2

2.5.3. DMA 设备参数配置表¶

每一个 DMA 设备都有一个参数配置宏,宏定义位于 bsp/board/xxx 目录下 peripheral_config.h 文件,变量定义位于 hal_dma.c 中，因此无需用户自己定义变量。当用户打开对应设备的宏，该设备的配置才生效。例如打开宏 BSP_USING_DMA0_CH0 ，DMA0_CH0_CONFIG 即生效，同时DMA 通道0设备就可以进行注册和使用了。

/*参数配置宏*/
#if defined(BSP_USING_DMA0_CH0)
#ifndef DMA0_CH0_CONFIG
#define DMA0_CH0_CONFIG \
{   \
    .id = 0,                                   \
    .ch = 7,                                   \
    .direction = DMA_MEMORY_TO_MEMORY,         \
    .transfer_mode = DMA_LLI_ONCE_MODE,        \
    .src_req = DMA_REQUEST_NONE,               \
    .dst_req = DMA_REQUEST_NONE,               \
    .src_addr_inc = DMA_ADDR_INCREMENT_ENABLE, \
    .dst_addr_inc = DMA_ADDR_INCREMENT_ENABLE, \
    .src_burst_size = DMA_BURST_1BYTE,         \
    .dst_burst_size = DMA_BURST_1BYTE,         \
    .src_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_8BIT,      \
    .dst_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_8BIT,      \
}
#endif
#endif


/*变量定义*/
static dma_device_t dmax_device[DMA_MAX_INDEX] =
{
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH0
    DMA0_CH0_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH1
    DMA0_CH1_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH2
    DMA0_CH2_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH3
    DMA0_CH3_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH4
    DMA0_CH4_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH5
    DMA0_CH5_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH6
    DMA0_CH6_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH7
    DMA0_CH7_CONFIG,
#endif
};

注解

上述配置可以通过 DMA_DEV(dev)->xxx 进行修改，只能在调用 device_open 之前使用。

2.5.4. DMA 设备接口¶

DMA 设备接口全部遵循标准设备驱动管理层提供的接口。并且为了方便用户调用，将某些标准接口使用宏来重定义。

2.5.4.1. dma_register¶

dma_register 用来注册一个 DMA 设备标准驱动接口，在注册之前需要打开对应 DMA 设备的通道宏定义。例如定义宏 BSP_USING_DMA_CH0 方可使用 DMA 设备的 0 通道,注册完成以后才可以使用其他接口，如果没有定义宏，则无法使用 DMA 设备的 0 通道。

int dma_register(enum dma_index_type index, const char *name);

index 要注册的设备索引
name 为注册的设备命名

index 用来选择 DMA 设备某个通道的配置，一个 index 对应一个 DMA 设备的一个通道配置，比如 DMA_CH0_INDEX 对应 DMA 通道0 配置，index 有如下可选类型

enum dma_index_type
{
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH0
    DMA0_CH0_INDEX,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH1
    DMA0_CH1_INDEX,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH2
    DMA0_CH2_INDEX,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH3
    DMA0_CH3_INDEX,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH4
    DMA0_CH4_INDEX,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH5
    DMA0_CH5_INDEX,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH6
    DMA0_CH6_INDEX,
#endif
#ifdef BSP_USING_DMA0_CH7
    DMA0_CH7_INDEX,
#endif
    DMA_MAX_INDEX
};

2.5.4.2. device_open¶

device_open 用于打开一个 DMA 设备的一个通道，实际调用 dma_open。

int device_open(struct device *dev, uint16_t oflag);

dev 设备句柄
oflag 设备的打开方式
return 错误码，0 表示打开成功，其他表示错误

oflag 提供以下类型

#define DEVICE_OFLAG_STREAM_TX  0x001 /* 设备以轮训发送模式打开 */
#define DEVICE_OFLAG_STREAM_RX  0x002 /* 设备以轮训接收模式打开 */
#define DEVICE_OFLAG_INT_TX     0x004 /* 设备以中断发送模式打开 */
#define DEVICE_OFLAG_INT_RX     0x008 /* 设备以中断接收模式打开 */
#define DEVICE_OFLAG_DMA_TX     0x010 /* 设备以 DMA 发送模式打开 */
#define DEVICE_OFLAG_DMA_RX     0x020 /* 设备以 DMA 接收模式打开 */

2.5.4.3. device_close¶

device_close 用于关闭 DMA 设备的一个通道，实际调用 dma_close。

int device_close(struct device *dev);

dev 设备句柄
return 错误码，0 表示关闭成功，其他表示错误

2.5.4.4. device_control¶

device_control 用于对 DMA 设备的一个通道进行控制和参数的修改，实际调用 dma_control。

int device_control(struct device *dev, int cmd, void *args);

dev 设备句柄
cmd 设备控制命令
args 控制参数
return 不同的控制命令返回的意义不同。

DMA 设备除了标准的控制命令，还具有自己特殊的控制命令。

#define DMA_CHANNEL_GET_STATUS  0x10
#define DMA_CHANNEL_START       0x11
#define DMA_CHANNEL_STOP        0x12
#define DMA_CHANNEL_UPDATE      0x13

args 根据不同的 cmd 传入不同，具体如下：

table1¶
cmd	args	description
DEVICE_CTRL_SET_INT	NULL	开启 dma 传输完成中断
DEVICE_CTRL_CLR_INT	NULL	关闭 dma 传输完成中断
DMA_CHANNEL_GET_STATUS	NULL	获取 dma 通道完成状态
DMA_CHANNEL_START	NULL	开启 dma 通道
DMA_CHANNEL_STOP	NULL	关闭 dma 通道
DMA_CHANNEL_UPDATE	NULL	更新 dma 传输配置

2.5.4.5. device_set_callback¶

device_set_callback 用于注册一个 DMA 设备的一个通道中断回调函数。

int device_set_callback(struct device *dev, void (*callback)(struct device *dev, void *args, uint32_t size, uint32_t event));

dev 设备句柄
callback 要注册的中断回调函数
- dev 设备句柄
- args 无用
- size 无用
- event 中断事件类型

event 类型如下

enum dma_event_type
{
    DMA_EVENT_COMPLETE,
};

2.5.4.6. dma_channel_start¶

dma_channel_start 用于开启 DMA 通道。实际是调用 device_control ，其中 cmd 为 DMA_CHANNEL_START。

dma_channel_start(dev)

dev 需要开启的 dma 通道句柄

2.5.4.7. dma_channel_stop¶

dma_channel_stop 用于关闭一个 DMA 通道。实际是调用 device_control ，其中 cmd 为 DMA_CHANNEL_STOP。

dma_channel_stop(dev)

dev 需要关闭的 dma 通道句柄

2.5.4.8. dma_channel_update¶

dma_channel_update 用于更新 DMA 的一个通道配置。实际是调用 device_control ，其中 cmd 为 DMA_CHANNEL_UPDATE。

dma_channel_update(dev,list)

dev 需要更新的 dma 通道句柄
list dma_lli_ctrl_t句柄

2.5.4.9. dma_channel_check_busy¶

dma_channel_check_busy 用于查询当前使用的 DMA 通道是否传输完成。实际是调用 device_control ，其中 cmd 为 DMA_CHANNEL_GET_STATUS。

dma_channel_check_busy(dev)

dev 需要查询的 dma 通道句柄
return 当前 dma 状态，0为传输完成，1为未传输完成

2.5.4.10. dma_reload¶

dma_reload 用于更新 DMA 一个通道的配置，相比于 dma_channel_update ,该函数无需用户传递很多参数，只需要填入源地址和目标地址，以及长度，内部会自己计算后再进行配置。此函数调用后，DMA通道是没有开启的，需要手动调用 dma_channel_start 函数。

int dma_reload(struct device *dev, uint32_t src_addr, uint32_t dst_addr, uint32_t transfer_size);

dev 需要查询的DMA通道句柄
src_addr 传输源地址
dst_addr 传输目标地址
transfer_size 传输字节总长度，如果传输的位数是16位、32位，这里需要进行转换成字节长度。

2.5.5. DMA 的效率与FIFO¶

2.5.5.1. 内存到内存¶

DMA在搬运数据时，会以设定的位宽 xxx_width 与设定的突发量 xxx_burst_size 去访问总线进行数据读写，在内存到内存的搬运时，一般 source 端与 destination 端的配置相同。
在总的数据量(data size)不变的情况下，位宽 xxx_width 越大传输速度越快，效率越高，但传输的数据总量(data size)必须是位宽 xxx_width 的整倍数，数据的地址也必须是 xxx_width 的整倍数(地址对齐)，否则会出错。
在连续读写时，burst 突发模式的总线利用效率比 single 单次模式高得多，因此可以尽量提高 xxx_burst_size，但注意，DMA0 的每个通道只有 16Byte 的 FIFO，因此 width 乘 burst_size 的积必须小于等于 16Byte。

因此在内存到内存搬运数据时，最高效的是 xxx_width 值为 DMA_TRANSFER_WIDTH_32BIT, xxx_burst_size 值为 DMA_BURST_4BYTE,此时完全利用了 DMA 的FIFO，读写最快，总线占用最少，但要求数据量与地址满足对齐要求。

2.5.5.2. 外设到内存与内存到外设¶

很多传输接口外设是存在 tx-FIFO 与 rx-FIFO 的，这些 FIFO 可以让外设的使用更加灵活方便，在与 DMA 配合使用时也可以增加效率。

在使用 DMA-接口外设发送数据时，注意 DMA 的 des_width 与外设的 tx-FIFO 有效数据宽度应当一致，如使用 UART 时一般为 DMA_TRANSFER_WIDTH_8BIT。接收数据时 DMA 的 src_width 与 rx-FIFO 有效数据宽度也要一致。
外设端的 burst_size 对外设的 FIFO 深度有要求，burst_size 必须小于等于外设配置的 fifo_threshold 以保证不会出现写溢出或读溢出。
内存端配置的 burst_size 和 width 与外设端的可以不相等，但 burst_size 与 width 的乘积必须相等，并且小于 16Byte。内存端配置更高的 xxx_width 可以提高传输速度，减少对总线占用，但注意对数据量(data size)与地址的对齐要求。

如对于 I2S ,他的 tx 与 rx 的 FIFO 深度都为 8，I2S 最佳的 fifo_threshold 应为 4，DMA 的 xxx_burst_size 应该为 DMA_BURST_4BYTE，这样能保证 I2S 的 FIFO 能留有一定余量防止出现 rx-FIFO 溢出与 tx-FIFO 欠载，又减少 DMA 了对总线的占用。

又如对于 SPI ，他的 tx 与 rx 的 FIFO 深度都为 4，若使用 burst_size 为 4 的方式传输，那么 SPI 的 fifo_threshold 只能是 4，没有冗余，若此时 CPU 在占用总线导致 DMA 传输不及时，可能会出现SPI传输间歇，在SPI从机模式下还可能出现发送欠载与接收溢出。因此对于 SPI 而言，最佳的 fifo_threshold 应为 1，DMA 的 xxx_burst_size 应为 DMA_BURST_1BYTE，此时 DMA 虽然对总线的访问效率一般，但保证了 SPI 的 FIFO 有冗余，不会出现上诉问题。