用好 DMA控制器這兩種模式 MCU效率大大提高！

 文章 概述

本文介紹了DMA控制器的兩種模式。 通過結(jié)合乒乓緩沖和多數(shù)據(jù)包緩沖傳輸模式，DMA 控制器可以顯著提高 MCU 的數(shù)據(jù)傳輸效率和帶寬，同時減少 CPU 的負(fù)擔(dān)，從而提升整體系統(tǒng)性能并節(jié)省能源。

直接存儲器訪問 ( DMA ) 控制器，可以在內(nèi)存和/或外設(shè)之間傳輸數(shù)據(jù)，而不需要 CPU 參與每次傳輸。

充分利用兩種 DMA 模式（ 兵乓模式 與 多數(shù)據(jù)包緩沖傳輸模式 ），可以幫助提高 MCU 效率。USB 外設(shè) 是一個很好的外設(shè)示例，早期的 USB 實(shí)現(xiàn)的最大吞吐量只有1.5 Mb/秒。隨著更高性能的標(biāo)準(zhǔn)版本的出現(xiàn)。比如要接近12 Mbit/s全速 USB 標(biāo)準(zhǔn)的理論最大值。我們來看看，數(shù)據(jù)傳輸方面 DMA 如何幫助提高 MCU 效率！我們以 Microchip 的 ATXMEGA16D4-MH 舉例。

AVR ? XMEGA ? D4 微控制器ATXMEGA16D4-MH乒乓模式之前通常使用單個存儲器緩沖區(qū)進(jìn)行外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸。如果數(shù)據(jù)緩沖區(qū)已滿，MCU將響應(yīng) NAK (否定確認(rèn))消息。接收到 NAK 后，主機(jī)將等待并稍后重試傳輸。它將繼續(xù)重試，直到 MCU 能夠成功接收數(shù)據(jù)。ATXMEGA16D4-MH 使用乒乓模式來消除這個問題。乒乓模式使用兩個存儲單元（ memory banks ）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)一個存儲單元滿時，主機(jī)可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粋€存儲單元。在兩個存儲單元之間交替?zhèn)鬏斂梢员苊鈴?fù)審，并提高整體數(shù)據(jù)帶寬。

乒乓模式提高了效率( 圖片來源于 Microchip )此外，如上圖所示，以乒乓模式還使 MCU 有更多時間來處理數(shù)據(jù)。如圖所示，沒有乒乓，CPU 只能處理傳輸之間的數(shù)據(jù)。使用乒乓模式，CPU 可以在傳輸周期的一部分時間內(nèi)處理數(shù)據(jù)，并降低 NAK 被要求“趕上”數(shù)據(jù)處理要求的可能性。多數(shù)據(jù)包緩沖傳輸模式另一個很有用的模式，可以讓 MCU 的數(shù)據(jù)傳輸更高效。這個特性叫做“多數(shù)據(jù)包緩沖傳輸模式”。如果你要通過 USB 端口傳送的數(shù)據(jù)包，超過了全速 USB 的 BULK 傳輸模式所允許的最大值（64字節(jié)），那么就可以用上這個模式。以前，你需要在主機(jī)上把數(shù)據(jù)包分成小塊，然后在接收端把它們合并，這會增加中央處理器（ CPU ）的負(fù)擔(dān)。不過現(xiàn)在，多數(shù)據(jù)包緩沖功能加入了 USB 設(shè)備，它會在數(shù)據(jù)包超過 USB 標(biāo)準(zhǔn)大小時自動幫你分割和合并數(shù)據(jù)。重要的是，這個模式還能減少中斷的次數(shù)，因?yàn)橹挥性谡麄€傳輸結(jié)束后才需要中斷 CPU。這意味著，CPU 可以處理其他任務(wù)，或者進(jìn)入休眠模式，直到整個傳輸完成并且準(zhǔn)備好處理。最后:結(jié)合“乒乓緩沖”和“多傳輸模式”，你可以把傳輸?shù)膸捥嵘?，更重要的是，在使用這兩個功能的情況下，CPU 的負(fù)擔(dān)也降低。這兩個功能的結(jié)合，不僅在性能上有所改進(jìn)，而且還能節(jié)省能源。