用好 DMA控制器这两种模式 MCU效率大大提高！

由 judy 提交于周二, 7 一月 2025 - 10:37

本文介绍了DMA控制器的两种模式。通过结合乒乓缓冲和多数据包缓冲传输模式，DMA 控制器可以显著提高 MCU 的数据传输效率和带宽，同时减少 CPU 的负担，从而提升整体系统性能并节省能源。

直接存储器访问 ( DMA ) 控制器，可以在内存和/或外设之间传输数据，而不需要 CPU 参与每次传输。

充分利用两种 DMA 模式（兵乓模式与多数据包缓冲传输模式），可以帮助提高 MCU 效率。

USB 外设是一个很好的外设示例，早期的 USB 实现的最大吞吐量只有1.5 Mb/秒。随着更高性能的标准版本的出现。比如要接近12 Mbit/s全速 USB 标准的理论最大值。我们来看看，数据传输方面 DMA 如何帮助提高 MCU 效率！

我们以 Microchip 的 ATXMEGA16D4-MH 举例。

AVR® XMEGA® D4 微控制器ATXMEGA16D4-MH

乒乓模式

之前通常使用单个存储器缓冲区进行外设数据传输。如果数据缓冲区已满，MCU将响应 NAK (否定确认)消息。接收到 NAK 后，主机将等待并稍后重试传输。它将继续重试，直到 MCU 能够成功接收数据。

ATXMEGA16D4-MH 使用乒乓模式来消除这个问题。乒乓模式使用两个存储单元（ memory banks ）进行数据传输。当一个存储单元满时，主机可以将数据传输到另一个存储单元。在两个存储单元之间交替传输可以避免复审，并提高整体数据带宽。

乒乓模式提高了效率(图片来源于 Microchip )

此外，如上图所示，以乒乓模式还使 MCU 有更多时间来处理数据。如图所示，没有乒乓，CPU 只能处理传输之间的数据。使用乒乓模式，CPU 可以在传输周期的一部分时间内处理数据，并降低 NAK 被要求“赶上”数据处理要求的可能性。

多数据包缓冲传输模式

另一个很有用的模式，可以让 MCU 的数据传输更高效。这个特性叫做“多数据包缓冲传输模式”。如果你要通过 USB 端口传送的数据包，超过了全速 USB 的 BULK 传输模式所允许的最大值（64字节），那么就可以用上这个模式。以前，你需要在主机上把数据包分成小块，然后在接收端把它们合并，这会增加中央处理器（ CPU ）的负担。不过现在，多数据包缓冲功能加入了 USB 设备，它会在数据包超过 USB 标准大小时自动帮你分割和合并数据。重要的是，这个模式还能减少中断的次数，因为只有在整个传输结束后才需要中断 CPU。这意味着，CPU 可以处理其他任务，或者进入休眠模式，直到整个传输完成并且准备好处理。

最后:

结合“乒乓缓冲”和“多传输模式”，你可以把传输的带宽提升，更重要的是，在使用这两个功能的情况下，CPU 的负担也降低。这两个功能的结合，不仅在性能上有所改进，而且还能节省能源。

文章来源：DigiKey电子技术台