dma操作流程

理论和实践

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是一种计算机数据传输技术，允许外设和计算机主板之间的数据传输，而无需中央处理器（CPU）的干预。在计算机科学中，DMA被广泛运用于高速视频流、音频流以及存储设备之间用于大数据传输。这篇文章将从多个角度详细介绍DMA的操作流程，包括DMA的背景、原理、类型、使用方式和优缺点等。

DMA背景

直到20世纪60年代，计算机通常使用I/O端口来传输数据。在每个传输周期内，处理器需要执行三个步骤：芯片复位、读取状态和数据。在这些周期中，CPU无法执行其他任务。数据传输也完全由CPU完成，这不仅耗时长，还造成CPU资源浪费。在此背景下，DMA技术应运而生，旨在增加数据传输的效率。

DMA原理

DMA操作的原理是在主板和DMA控制器之间建立一个直接的、双向的内存总线，使外设和DMA控制器之间能够跳过CPU，直接访问内存。因此，每个DMA传输都是由系统总线上的DMA控制器引发的，这意味着CPU不需要处理每个字节的传输，从而大大提高了整体传输速度。在DMA传输之后，DMA控制器向CPU发送中断请求以完成传输。

DMA类型

DMA操作可以分为三种类型：单向DMA、双向DMA和循环DMA。单向DMA是最常见的传输类型，仅允许在单个方向上传输数据。双向DMA允许在两个方向上同时传输数据，通常在音频或视频流传输中使用。循环DMA是在数据包传输完成后，立即进行下一个数据包的传输，适用于高速数据传输和循环读取。

DMA使用方式

DMA控制器的配置在内存总线控制器的IO端口中进行。在Linux等操作系统中，可以通过open，ioctl和mmap函数实现DMA控制器的配置和使用。 DMA操作代码通常需要编写专门的设备驱动程序，或者使用第三方API库来管理DMA传输。

DMA优缺点

DMA操作的优点是大幅度减少了数据传输的处理时间和CPU的利用率。DMA传输与CPU的处理不受限制，在数据传输时CPU可以执行其他任务。DMA操作的缺点是需要专业的硬件支持和设备驱动程序的编写。另外，DMA传输需要大量具有连续物理地址的存储区域，因此仅适用于某些特定类型的系统。