DMA传输模式

在本文中，我们将尝试了解与 DMA（直接内存访问）相关的详细信息，例如 DMA 到底是什么或它是如何工作的，并且我们还将进一步了解 DMA 传输的各种模式（如突发模式和其他模式）。在直接进入与 DMA 传输模式相关的细节之前，让我们首先尝试了解 DMA 到底是什么，以及这个 DMA 是如何实际工作的。

直接内存访问（DMA）：
DMA 基本上代表直接内存访问。这是一个无需 CPU 即可在内存和 IO（输入/输出）设备之间传输数据的过程，也可以说在数据传输过程中无需 CPU 参与。

DMA的工作：
以下要点列表将简要描述 DMA 及其工作如下。

对于 DMA，您基本上需要一个称为 DMAC（直接内存访问控制器）的硬件，这将有助于直接在内存和 IO 设备之间进行数据传输的整个过程。
首先是 IO 设备向 DMA 控制器发送 DMA 请求，然后进一步的 DMAC 设备向 CPU 发送 HOLD 信号，通过该信号向 CPU 询问传输数据时需要的几个信息。
然后，CPU 在数据传输之前与 DMAC 共享两个基本信息，它们是：起始地址（应执行数据传输的内存地址）和数据计数（要传输的字节或字数）。
CPU 然后将 HLDACK（保持确认）发送回 DMAC，说明现在 DMAC 可以成功传递信息。
然后进一步的 DMAC 将 DMA ACK（DMA 确认）共享给 IO 设备，最终让 IO 设备以直接有效的方式访问或传输内存中的数据。

DMA传输模式：
现在，在对 DMA 及其工作有了一些简要了解之后，是时候分析 DMA 传输模式了。

在 DMA 传输期间，CPU 只能执行那些不需要访问系统总线的操作，这意味着大多数 CPU 将处于阻塞状态。
CPU 保持阻塞状态多长时间，或者我们可以说 CPU 将控制系统总线的 DMAC 的时间实际上取决于以下 DMA 传输模式，之后 CPU 将从DMAC。

模式一：
突发模式 -

在这种模式下，数据突发（整个数据或包含数据的块突发）在 CPU 从 DMAC 取回对总线的控制权之前被传输。
这是最快的 DMA 传输模式，因为会同时传输大量数据。
由于一次只传输大量数据，因此将节省大量时间。

CPU 保持阻塞的时间百分比：
设准备数据所用时间为 Tx，传输数据所用时间为 Ty。那么由于 DMA 导致 CPU 保持阻塞的时间百分比如下。

Percentage of time CPU remains in blocked state = Ty * 100% / Tx + Ty

模式 2：
循环窃取模式 –

慢速 IO 设备需要一些时间来准备数据（或字），并且在这段时间内 CPU 会保持对总线的控制。
一旦数据或字准备就绪，CPU 将系统总线的控制权交还给 DMAC，并在 1 个周期内将准备好的字传输到内存。
与 Burst 模式相比，此模式有点慢，因为它需要一点时间，IO 设备在准备数据时实际消耗了一点时间。

CPU 保持阻塞的时间百分比：
设准备数据所用时间为 Tx，传输数据所用时间为 Ty。那么由于 DMA 导致 CPU 保持阻塞的时间百分比如下。

Percentage of time CPU remains in blocked state = Ty * 100% / Tx

模式 3：
交错模式 –

只要 CPU 不需要系统总线，则只有总线控制权将交给 DMAC。
在这种模式下，CPU 根本不会因为 DMA 而被阻塞。
这是 DMA 传输最慢的模式，因为 DMAC 必须等待很长时间才能从 CPU 本身获取系统总线的访问权限。
因此，将传输较少量的数据。

例子：
考虑以 2MBPs 速度运行的设备，并将数据传输到内存是使用循环窃取模式完成的。当它准备好或准备好时，将 16 个字节的数据传输到内存需要 2 微秒。那么由于 DMA 传输而阻塞 CPU 的时间百分比是多少？

解释 -

Internal data preparation speed given =          2 MBPs. 
So for preparing 2 MB it takes   ------>           1 second
For preparing 1B it takes           ------->          1 second / 2MB

So now for 16B data preparation it takes ------->1 second  * 16B / 2MB
(after reciprocating Mega will be become micro 

(that is 10^6 will become 10^-6 after reciprocating))
therefore for preparation 16B it takes -------> 8 microseconds

Therefore percentage of time CPU remains blocked in case of 
Cycle Stealing mode = 2 * 100% / 8 = 25%