做嵌入式開發(fā)時(shí)，大家是不是都有過這種崩潰場(chǎng)景：

• 采集一個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，本來以為只是簡(jiǎn)單的 ADC → 內(nèi)存，結(jié)果發(fā)現(xiàn) CPU 忙得要死；
• 想收點(diǎn)串口數(shù)據(jù)，CPU 每次被中斷打斷，延遲累積到系統(tǒng)卡頓；
• 數(shù)據(jù)傳輸量一上來，系統(tǒng)直接掉幀甚至死機(jī)。

很多初學(xué)者遇到這種情況，第一反應(yīng)是“是不是代碼寫得不夠高效”。但事實(shí)是：你再怎么優(yōu)化循環(huán)，CPU 親自搬數(shù)據(jù)就是效率低。

解決方案其實(shí)很明確——用 DMA（Direct Memory Access，直接存儲(chǔ)器訪問）。如果你會(huì)合理使用 DMA，很多“看似不可避免的性能瓶頸”都能迎刃而解。今天我們就來聊聊 DMA 的工作原理、常見應(yīng)用和實(shí)戰(zhàn)技巧。

一、DMA 究竟是什么？

DMA 的核心思路很簡(jiǎn)單：把數(shù)據(jù)搬運(yùn)工作交給硬件去做。

在沒有 DMA 的情況下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒檀蟾攀牵?/strong>

1. 外設(shè)產(chǎn)生數(shù)據(jù)；
2. CPU 中斷響應(yīng)；
3. CPU 把數(shù)據(jù)讀出來放到內(nèi)存。

而有了 DMA：

1. 外設(shè)和 DMA 控制器直接“勾搭”；
2. 數(shù)據(jù)繞過 CPU，直接搬到內(nèi)存。

這樣一來，CPU 不用再做“快遞員”，可以專心處理邏輯，系統(tǒng)響應(yīng)速度和并發(fā)能力都能上一個(gè)臺(tái)階。

二、DMA 的常見應(yīng)用場(chǎng)景

1. 串口數(shù)據(jù)接收（UART DMA）

如果你做過大數(shù)據(jù)量的串口通信，就會(huì)發(fā)現(xiàn)中斷方式很容易丟數(shù)據(jù)。

• DMA 可以配置成循環(huán)緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)一來就自動(dòng)寫入 RAM；
• CPU 只需要在合適的時(shí)候檢查緩沖區(qū)，不用每個(gè)字節(jié)都處理中斷。

2. ADC 連續(xù)采樣

很多傳感器需要高速采樣，比如電機(jī)控制中的電流檢測(cè)。

• 普通方式下，CPU 每次采樣要響應(yīng) ADC 中斷，很快就“累趴”；
• 用 DMA，可以把采樣結(jié)果自動(dòng)存到數(shù)組里，形成數(shù)據(jù)流，CPU 后續(xù)再批量處理。

3. 內(nèi)存到外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸

比如 SPI 發(fā)送、DAC 輸出波形：

• 傳統(tǒng)方式要一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)寫寄存器；
• DMA 可以直接把內(nèi)存中的一段緩沖區(qū)刷到外設(shè)寄存器，效率極高。

4. 內(nèi)存到內(nèi)存?zhèn)鬏?/strong>

一些芯片的 DMA 支持內(nèi)存塊搬運(yùn)，可以用來快速清零數(shù)組、搬運(yùn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，CPU 不用一個(gè)循環(huán)一個(gè)循環(huán)寫。

三、DMA 配置的關(guān)鍵要點(diǎn)

很多同學(xué)第一次用 DMA，發(fā)現(xiàn)配置比想象中復(fù)雜。其實(shí)總結(jié)起來，主要是以下幾個(gè)步驟：

1. 確定通道/流

• DMA 控制器通常有多個(gè)通道，對(duì)應(yīng)不同的外設(shè)。
• 要查手冊(cè)，看你的外設(shè)掛在哪個(gè) DMA 通道上。

• 配置源地址和目的地址
  • 源地址可以是外設(shè)寄存器，比如 ADC_DR。
  • 目的地址一般是內(nèi)存數(shù)組。
  • 有時(shí)候是反過來，比如內(nèi)存 → SPI。
• 配置傳輸方向
  • 外設(shè)到內(nèi)存（ADC、UART RX）；
  • 內(nèi)存到外設(shè)（SPI TX、DAC）；
  • 內(nèi)存到內(nèi)存。
• 配置數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和傳輸模式
  • 單次搬運(yùn)幾個(gè)字節(jié)？總共搬多少？
  • 是循環(huán)模式（buffer 自動(dòng)回繞）還是普通模式？
• 啟動(dòng) DMA
  • 記得在外設(shè)使能之前配置好 DMA；
  • 啟動(dòng)順序有講究，比如 UART DMA 要先開 DMA 再開 UART 接收。

四、實(shí)戰(zhàn)技巧：避免常見坑

技巧 1：循環(huán)緩沖 vs 普通模式

• 如果數(shù)據(jù)源是持續(xù)的（比如串口、ADC），用循環(huán)緩沖更穩(wěn)。
• 如果只是一次性發(fā)送一段數(shù)據(jù)（比如 SPI 發(fā)命令），普通模式即可。

技巧 2：善用中斷回調(diào)

DMA 雖然能自動(dòng)搬數(shù)據(jù)，但你還是得知道“什么時(shí)候搬完”。

• 可以開傳輸完成中斷，在回調(diào)函數(shù)里處理數(shù)據(jù)。
• 對(duì)于循環(huán)模式，可以用半傳輸中斷，做到“邊采集邊處理”。

技巧 3：緩存對(duì)齊問題

有些 MCU 的 DMA 對(duì)地址有對(duì)齊要求，比如 4 字節(jié)對(duì)齊，否則性能下降甚至報(bào)錯(cuò)。寫代碼前要看手冊(cè)。

技巧 4：注意總線帶寬

DMA 不是“無限快”，它也占用內(nèi)存總線。

• 多個(gè) DMA 通道同時(shí)工作時(shí)，可能會(huì)互相搶占。
• 解決方法：錯(cuò)峰啟動(dòng)，或者降低非關(guān)鍵任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。

技巧 5：與 CPU 配合

DMA 搬數(shù)據(jù)的同時(shí)，CPU 可能要訪問同一片內(nèi)存。

• 要小心數(shù)據(jù)一致性問題，可以用“雙緩沖”或者加鎖機(jī)制。

五、案例分享

案例 1：ADC + DMA 實(shí)現(xiàn)波形采集

某項(xiàng)目需要 10kHz 的 ADC 采樣，用中斷方式 CPU 占用率高達(dá) 70%。

→ 換成 DMA 循環(huán)搬運(yùn)到數(shù)組，CPU 占用率直接降到 5% 以下，系統(tǒng)反應(yīng)流暢。

案例 2：UART 接收不丟包

串口調(diào)試工具長(zhǎng)時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)，CPU 用中斷處理時(shí)經(jīng)常丟字節(jié)。

→ 改用 DMA + 環(huán)形緩沖 + IDLE 中斷檢測(cè)幀間隔，接收穩(wěn)定，再也沒掉過包。

案例 3：SPI 高速傳輸

某 OLED 屏幕更新一幀圖像需要傳 8KB 數(shù)據(jù)，用循環(huán)寫寄存器方式刷新率只有 20fps。

→ DMA 一次傳輸緩沖區(qū)，刷新率提高到 60fps，畫面流暢無比。

六、總結(jié)

DMA 對(duì)嵌入式開發(fā)來說，是“必學(xué)技能”之一。很多人初學(xué)時(shí)嫌它復(fù)雜，繼續(xù)讓 CPU 自己“跑腿”，結(jié)果系統(tǒng)卡頓、性能不達(dá)標(biāo)。其實(shí)只要掌握幾個(gè)要點(diǎn)：

1. 了解外設(shè)和 DMA 通道的映射關(guān)系；
2. 正確配置源地址、目的地址和傳輸模式；
3. 結(jié)合中斷回調(diào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理；
4. 注意帶寬和緩存一致性問題。

你就能真正實(shí)現(xiàn)“零 CPU 占用的高速傳輸”，讓系統(tǒng)既高效又穩(wěn)定。