DMA简介

直接存储器访问

直接存储器访问（Direct Memory Access，DMA）是计算机科学中的一种内存访问技术。它可以让外设可以独立地直接读写系统存储器，而不需绕道中央处理器（CPU），DMA是一种快速的数据传送方式。有专门DMA控制器，同时现在很多数据量比较大的外设自带DMA功能。简单地说，DMA操作有以下3步：（1）初始化DMA操作的源地址和目的地址；（2）CPU启动DMA操作；（3）DMA操作完成后，中断CPU。

DMA传输常使用在将一个存储器区的数据复制到另外一个设备上。首先中央处理器初始化这个传输动作，传输动作是由DMA控制器来实行和完成。要初始化数据传输时，需设置DMA通道的地址和计数寄存器，以及数据传输的方向，读取或写入。然后指示DMA硬件开始这个传输动作。当传输结束的时候，DMA设备就会以中断的方式通知中央处理器。"分散-收集"（Scatter-gather）DMA允许在一次单一的DMA处理中传输数据到多个存储器区域。相当于把多个简单的DMA要求串在一起。同样，这样做的目的是要减轻中央处理器的多次输出输入中断和数据复制任务。

缓存一致性问题

DMA会导致缓存一致性问题。像中央处理器带有缓存与外部存储器的情况，DMA的运作则是去访问外部存储器，当中央处理器访问外部存储器某个地址的时候，暂时先将新的值写入缓存中，但并未将外部存储器的数据更新，若在缓存中的数据尚未更新到外部存储器前发生了DMA，则DMA过程将会读取到未更新的数据。

相同的，如果外部设备写入新的值到外部存储器内，则中央处理器若访问缓存时则会访问到尚未更新的数据。

这些问题可以用两种方法来解决：

缓存同调系统（Cache-coherent system）：以硬件方法来完成，当外部设备写入存储器时以一个信号来通知缓存控制器某存储器地址的值已经过期或是应该重新更新数据。

非同调系统（Non-coherent system）：以软件方法来完成，操作系统必须确认缓存读取时，DMA程序已经开始或是禁止DMA发生。

参考文献：

[1] 维基百科. 直接存储器访问.