《直接内存存取DMA》课件

直接内存存取DMA直接内存存取DMA是一种数据传输技术，允许设备直接访问系统内存，无需CPU干预DMA提高数据传输效率，释放CPU处理其他任务，例如，用于图形处理、网络通信和磁盘I/O概述DMA直接内存访问数据传输效率DMA是一种允许外设直接访问DMA通过减少CPU干预，显系统内存的技术，无需CPU中著提高数据传输速度，提高系介统性能降低CPU负载DMA将数据传输任务从CPU转移到专用DMA控制器，减轻CPU负担，提升CPU利用率工作原理DMADMA控制器初始化1配置DMA控制器，设置传输参数DMA数据传输2DMA控制器直接从源地址读取数据数据写入目标地址3DMA控制器将数据写入目标地址DMA传输完成4DMA控制器通知CPU传输完成DMA控制器将数据从源地址传输到目标地址，无需CPU干预DMA控制器根据CPU设置的传输参数，完成数据传输任务工作模式DMA单通道模式多通道模式循环模式链式模式单个DMA控制器，仅支持DMA控制器拥有多个通道DMA控制器会重复传输相DMA控制器可以串联多个一个设备的传输，可同时支持多个设备传输同的数据块，直到收到停止传输请求，完成复杂的数据指令传输任务适用于简单的设备，例如键盘或鼠标适用于需要高速数据传输的适用于需要持续传输相同数适用于需要多个数据块连续设备，例如硬盘或网络接口据的设备，例如视频卡或音传输的设备，例如存储设备卡频卡突破极限DMA CPUCPUDMA数据传输效率低数据传输效率高占用CPU资源解放CPU资源处理速度慢处理速度快DMA直接内存访问，绕过CPU，直接进行数据传输，提高系统性能提高系统性能DMADMA直接内存访问技术，显著提高系统性能，减少CPU负担50%~90%CPU利用率DMA传输数据，CPU无需参与，释放CPU资源，提高CPU利用率倍10~100数据传输速度DMA直接访问内存，无需经过CPU，数据传输速度大幅提升10~50%功耗降低DMA降低CPU工作负荷，减少功耗，延长设备续航时间数据传输流程DMACPU发出DMA请求1CPU将数据传输任务交给DMA控制器DMA控制器设置传输参数2DMA控制器根据数据传输指令设置源地址、目标地址、传输长度等参数DMA控制器控制数据传输3DMA控制器直接从源设备读取数据并写入目标设备DMA控制器通知CPU完成传输4DMA控制器通知CPU数据传输已完成，CPU可以继续其他操作设备控制器DMADMA设备控制器是DMA核心组件，它负责控制和管理数据传输过程它协调CPU、内存和外设之间的交互，确保数据高效可靠地传输DMA设备控制器通常包括地址生成器、传输控制逻辑、错误检测电路等它通过接收DMA请求，并根据预设的传输参数，将数据从源地址传输到目标地址，并完成整个传输过程控制器结构DMADMA控制器核心地址生成器传输控制逻辑状态寄存器DMA控制器是DMA传输的地址生成器负责生成源地址传输控制逻辑负责控制数据状态寄存器用于保存DMA控核心，负责管理和控制DMA和目标地址，用于访问内存传输的启动、停止、数据量制器当前的工作状态信息传输过程和外设和传输模式等请求及应答机制DMADMA请求设备通过发出请求信号，向DMA控制器申请数据传输服务DMA应答DMA控制器收到请求后，会向设备发送应答信号，确认接收到请求数据传输DMA控制器根据请求信息，进行数据传输，并向设备发送完成信号仲裁与优先级控制DMA多个设备请求优先级分配12当多个设备同时请求使用DMA时，DMA控制器通常会根据设备的优先需要一个机制来决定哪个设备先获得级来分配DMA访问权，优先级高的DMA控制器设备优先使用DMA控制器仲裁机制公平分配34常见的仲裁机制包括固定优先级、轮仲裁机制需要确保DMA控制器能公询、抢占式、基于优先级或基于时间平地分配给所有设备，避免某些设备片的仲裁长时间占用DMA控制器数据传输模式DMA突发传输单次传输需求传输链式传输连续传输多个数据块，提高一次传输单个数据块，简单根据需要触发数据传输，灵多个数据块之间串联，自动效率高效活性高完成传输数据传输速度DMA内存访问控制DMA地址范围控制访问权限控制DMA控制器可以设置允许访问DMA可以设置访问权限，例如的内存地址范围，防止非法访只读或读写，以保护关键数据问内存保护机制DMA可以通过内存保护机制防止数据被意外覆盖或篡改传输类型DMA单次传输链式传输循环传输分散/集中传输一次传输一个数据块，传输DMA控制器根据预设的传循环传输数据块，适合于需将多个分散数据块集中到一完成后需要再次启动传输输链进行连续数据传输，无要持续传输相同数据的情况个连续内存空间，或者将一需CPU干预，例如，音频或视频数据流个连续数据块分散到多个内存地址传输容错机制DMA数据冗余校验码利用冗余数据进行错误检测和纠正，提高数使用校验码对数据进行校验，确保数据完整据传输可靠性性错误检测错误恢复实时检测数据传输过程中的错误，并采取相针对错误进行恢复操作，确保数据传输的可应的措施靠性编程接口DMA

1.初始化DMA控制器

2.设置DMA传输通道12配置DMA控制器参数，例如分配DMA通道，并指定数据源地址、目标地址、传输大传输方向、优先级等信息小、传输模式等

3.触发DMA传输

4.监控DMA传输状态34启动DMA传输操作，并将控程序需监控传输完成状态，制权交给DMA控制器并在传输完成后进行后续处理编程实例DMA初始化DMA控制器设置DMA控制器寄存器，包括数据传输方向、数据传输大小、数据传输地址等配置DMA通道选择合适的DMA通道，并配置通道属性，如优先级、传输模式等启动DMA传输设置DMA传输控制寄存器，开始数据传输过程等待传输完成通过检测DMA状态寄存器，确认数据传输是否完成释放DMA资源完成数据传输后，释放占用的DMA通道和相关资源总线协议DMA总线类型数据传输控制信号传输协议•PCI DMA控制器与外设之间通信时钟信号、数据有效信号、规定了数据传输方式、地址协议请求信号、应答信号等分配、数据校验等•ISA•USB性能测试DMA指标测试方法评估标准数据传输速率测试不同大小的数吞吐量和延迟据块传输时间CPU利用率监控CPU占用率DMA传输对CPU性能的影响内存带宽测试内存访问速度DMA对内存带宽的利用率错误率记录传输过程中的传输的可靠性和稳错误定性应用场景DMA数据采集视频处理网络通信DMA在数据采集系统中发DMA在视频处理方面应用DMA在网络通信中应用广挥着重要作用，例如工业自广泛，例如视频编解码、图泛，例如网卡、路由器、交动化、科学仪器、传感器网像处理、视频流传输等，它换机等，它可以提高网络数络等，它可以快速高效地将可以加速视频数据的传输，据传输效率，提升网络性能大量数据从外设传输到内存提高视频处理效率，满足实时数据处理需求在嵌入式系统中的应用DMA

1.外设数据传输

2.实时控制12DMA可以用于高效地将数据从外部设备（如传感器、存储在实时控制系统中，DMA可以确保数据及时传输，从而实器）传输到嵌入式系统的内存中现对系统的高精度控制

3.图像和音频处理

4.网络通信34DMA可以加速图像和音频数据的处理，提高嵌入式系统在DMA可以用于网络协议栈中，提高数据包的传输速度，增多媒体方面的性能强嵌入式系统的网络性能在网络设备中的应用DMA数据包高速转发数据传输效率网络协议处理DMA可以加速数据包的转发，提高网络DMA可以将数据直接从网络接口卡传输DMA可以用于加速网络协议栈的处理，设备的吞吐量到内存，减少CPU的负担提高网络设备的性能在多媒体设备中的应用DMA视频录制与播放图像处理音频编解码DMA可用于高速数据传输，有效提DMA可用于加速图像处理，例如图DMA可用于音频数据的快速传输，升视频录制和播放的效率，支持高清像缩放、旋转、滤镜等操作，提高图支持高音质音频的实时编码和解码，视频的流畅处理像处理速度增强音频体验在存储设备中的应用DMA硬盘驱动器固态硬盘DMA技术能显著提升硬盘驱动器数据传输效率通过DMA，CPU无需参与数据传固态硬盘（SSD）数据传输速度快，DMA技术可以进一步优化其性能DMA直接输，将数据传输任务交给DMA控制器，降低CPU负载，提高数据传输速度将数据从内存传输到SSD或反之，减少了数据传输路径，提高了数据传输效率在工控设备中的应用DMA

1.高速数据传输

2.降低CPU负担12工控设备通常需要处理大量DMA可以减轻CPU的数据实时数据，DMA可以有效传输工作，释放CPU资源，提高数据传输速度，满足实提高系统性能时性要求

3.提高系统可靠性

4.扩展应用范围34DMA可以保证数据传输的DMA技术的应用可以拓展准确性和可靠性，减少数据工控设备的功能，实现更复丢失和错误杂的功能和更高效的控制的发展趋势DMA更高性能更低功耗DMA控制器将继续优化其架构DMA控制器将采用更先进的技和算法，以实现更高的数据传术，以降低功耗，延长设备的输速度和效率续航时间更强安全更广泛应用DMA控制器将增强安全机制，DMA技术将应用于更多领域，防止恶意攻击和数据泄露例如人工智能、物联网、云计算和边缘计算与的协同工作DMA CPU协同工作分工合作资源利用DMA和CPU相互配合，提高数据传输效CPU负责控制程序执行，DMA负责数据DMA释放CPU，让CPU执行其他任务率传输与总线仲裁的关系DMA总线仲裁DMA控制器需要与CPU和其他设备共享总线总线仲裁机制确保DMA控制器能够访问总线，并完成数据传输优先级控制DMA控制器在请求总线时可能需要等待，因为CPU或其他设备可能具有更高的优先级协商机制DMA控制器和CPU或其他设备需要协商数据传输的时间和方式，以确保总线访问的效率与电源管理的关系DMADMA功耗管理DMA电源管理策略DMA传输过程中的功耗控制至关重要，直接影响系统能耗和根据系统需求和DMA传输类型，选择合适的电源管理策略，电池续航时间例如动态电压频率调节等DMA控制器应支持低功耗模式，在闲置状态下降低功耗通过优化DMA配置和传输参数，实现功耗平衡在系统优化中的作用DMA提高数据传输速度降低CPU占用率优化系统性能降低功耗DMA直接将数据传输到内存CPU不再需要处理数据传输操DMA有效降低CPU负载，提DMA可以降低系统功耗，延，无需CPU干预，显著提高数作，可以专注于其他任务，高系统响应速度和吞吐量，长设备续航时间据传输效率，释放CPU资源提高系统整体性能提升用户体验。