13.DMA讲解
(完整版)13.DMA讲解
（5）经过仪器的自动处理，得到储能模量E’、损耗 模量E”、力学损耗tgδ
形变模式
包括拉伸、压缩、剪切、 弯曲（三点、单悬臂、双悬臂梁弯曲）等
有些仪器中还有杆、棒的扭转模式。
Options: Single Cantilever 3 Point Bending Dual Cantilever Tension Shear Compression
损耗模量 黏性性質
E’ – Storage Modulus
E’
储存模量
彈性性質
复数模量与力学损耗
力学损耗
E
E*
E tg E
E
称力学损耗角正切
力学损耗影响因素
分子结构
链段运动阻碍大
损耗大
空间位阻
次价力作用
（侧基体积大、数量多） （氢键、极性基团存在）
链段运动阻碍小
损耗小
外界条件
温度和外力作用频率
样品要求——形状、尺寸随测量系统变化， 要求均匀、平整、无气泡、尺寸精确；
测量扫描模式的选择
(1)温度扫描模式——在固定频率下，测量 动态模量及力学损耗随温度的变化。
Ｔ
(2)频率扫描模式——在恒温下，测量动
态模量与力学损耗随频率的变化。
(3)蠕变-回复扫描模式——在恒温下瞬时对试
样施加一恒定应力，测量试样应变随时间的变化 (蠕变曲线)；在某一时刻取消应力，测量应变随时 间的变化(蠕变回复曲线)；
振簧仪原理图
当改变振动频率与试样的自然频率相 同时，引起试样的共振
试率样称自为由共振端振簧振频仪幅率共将f振r 出曲线现极大值时的频
强迫非共振法
DMA原理与应用
DMA原理与应用DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种用来提高计算机系统效率的技术。
它允许外设直接访问主内存，而不需要通过中央处理器（CPU）的介入。
这种技术在数据传输和存储方面非常有用，并且广泛应用于各种计算机系统中。
DMA技术的主要原理是通过在主内存和外设之间建立一个独立的通路，使外设能够直接读取或写入主内存的数据，而不需要CPU的参与。
这种通路称为DMA控制器或DMA引擎。
DMA工作的主要步骤如下：1.初始化：首先需要对DMA控制器进行初始化设置，包括传输方向、起始地址、传输长度等。
2.请求服务：外设向DMA控制器发送请求，请求访问主内存。
3.CPU响应：当CPU接收到DMA请求时，它会检查DMA控制器是否可用，如果可用，则将控制权转交给DMA控制器。
4.数据传输：DMA控制器按照设置的参数进行数据传输，它可以直接将数据从外设读取到主内存，或者将主内存中的数据写入外设。
5.完成操作：当DMA传输完成后，DMA控制器会向CPU发出中断请求，CPU回应后继续其他操作。
DMA应用：1.数据传输：DMA技术在硬盘、网卡、声卡等外设与主内存之间的大量数据传输中得到广泛应用。
通过使用DMA技术，这些外设可以直接访问主内存，而不需要CPU的干预，大大提高了数据传输速度和系统吞吐量。
2.音视频处理：在音视频处理中，DMA可以将音频和视频数据从存储器传输到音频和视频解码器中进行处理，并将处理后的数据返回到存储器中。
这样可以减轻CPU的负担，提高音视频处理的效率。
3.图形显示：DMA技术在图形显示中也得到广泛应用。
图像数据存储在主内存中，并通过DMA控制器直接传输到显示器的显存中，以便显示图像。
这样可以显著减少CPU对图像显示的负担，提高图形显示的速度和质量。
4.数据备份和恢复：通过DMA技术，可以将主内存中的数据直接备份到外部存储设备中，或者将备份的数据恢复到主内存中。
这样可以避免CPU的干预，提高数据备份和恢复的效率。
DMA工作原理
DMA工作原理一、概述DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机系统中的数据传输方式，它允许外设设备直接与内存进行数据交换，而无需通过CPU的介入。
DMA的工作原理是通过使用专门的DMA控制器来实现数据的高速传输，提高系统的效率和性能。
二、DMA的组成部份1. DMA控制器：DMA控制器是实现DMA功能的核心部件。
它负责控制数据的传输、地址的生成和数据的存储等功能。
DMA控制器通常集成在主板上，可以通过配置寄存器来设置传输的起始地址、传输的长度、传输的方向等参数。
2. 外设设备：外设设备是需要进行数据传输的设备，例如硬盘、网卡、声卡等。
外设设备通过DMA控制器与内存进行直接的数据交换，提高数据传输的效率。
3. 内存：内存是存储数据的地方，DMA控制器通过直接访问内存来实现数据的读取和写入。
内存中的数据可以被CPU和外设设备共享。
三、DMA的工作流程1. 配置DMA控制器：在进行DMA传输之前，需要通过配置DMA控制器来设置传输的参数。
这些参数包括传输的起始地址、传输的长度、传输的方向等。
配置完成后，DMA控制器就可以根据这些参数进行数据的传输。
2. 启动DMA传输：一旦DMA控制器被配置好，就可以启动DMA传输。
DMA控制器会根据配置的参数自动进行数据的传输。
在传输过程中，DMA控制器会从外设设备读取数据，并将数据写入内存，或者从内存读取数据，并将数据写入外设设备。
3. 完成DMA传输：当DMA传输完成后，DMA控制器会发送一个中断信号给CPU，通知传输的完成。
CPU可以通过处理中断来获取传输的结果，并进行相应的处理。
四、DMA的优势1. 提高系统的效率：由于DMA控制器可以直接访问内存，无需通过CPU的介入，因此可以大大提高数据传输的效率。
这样可以释放CPU的负担，使CPU能够更多地处理其他任务。
2. 减少数据传输的延迟：DMA传输可以在CPU执行其他任务的同时进行，减少了数据传输的延迟。
嵌入式系统及应用第13讲DMA
– LIFCR 寄存器 bit 字段描述
DMA
• DMA 中断标志清除寄存器 LIFCR 和 HIFCR （续）
– LIFCR 寄存器 bit 字段描述
DMA
• DMA 数据流 x 配置寄存器 DMA_SxCR(0 - 7)
– 控制信息包括数据宽度、外设、存储器宽度、 优先级、增量模式、传输方式、中断许可、使 能操作等
DMA
—— 《嵌入式系统及应用》课程
刘春静 安徽信息工程学院 电气与电子工程学院
DMA
• DMA(Direct Memory Access ，直接内存存取 ) • DMA 是所有现代电脑的重要特色，它允许
不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖 于 CPU 的大量中断负载。否则， CPU 需要 从来源把每一片段的资料复制到寄存器，然 后把它们再次写回到新的地方。在这个时间 段内， CPU 就不能够进行其它的工作，从而 降低了 CPU 的效率
DMA
• DMA 中断状态寄存器 LISR 和 HISR （续）
– LISR 寄存器的 bit 字段描述
DMA
• DMA 中断状态寄存器 LISR 和 HISR （续）
– LISR 寄存器字段描述
DMA
• DMA 中断状态寄存器 LISR 和 HISR （续）
– LISR 寄存器字段描述
DMA
DMA
• 2. 周期挪用（续）
DMA
• 3. DMA 与 CPU 交替访问内存 • 如果 CPU 的工作周期比内存存取周期长很
多，此时采用交替访内的方法可以使 DMA 传送和 CPU 同时发挥最高的效率。 • 假设 CPU 工作周期为 1.2us ，内存存取周期 小于 0.6us ，那么一个 CPU 周期可分为 C1 和 C2 两个分周期，其中 C1 专供 DMA 控制 器访内， C2 专供 CPU 访内。
DMA理论知识及实例讲解
DMA基本知识计算机系统中各种常用的数据输入/输出方法有查询方式(包括无条件及条件传送方式)和中断方式，这些方式适用于CPU与慢速及中速外设之间的数据交换。
但当高速外设要与系统内存或者要在系统内存的不同区域之间进行大量数据的快速传送时，就在一定程度上限制了数据传送的速率。
直接存储器存取(DMA)就是为解决这个问题提出的，采用DMA方式，在一定时间段内，由DMA控制器取代CPU，获得总线控制权，来实现内存与外设或者内存的不同区域之间大量数据的快速传送。
典型DMA控制器(以下简称DMAC )，其数据传送工作过程如下：1．外设向DMAC发出DMA传送请求；2．DMAC通过连接到CPU的HOLD信号向CPU提出DMA请求；3．CPU在完成当前总线操作后会立即对DMA请求做出响应。
CPU的响应包括两个方面：一方面，CPU 将控制总线、数据总线和地址总线浮空，即放弃对这些总线的控制权；另一方面，CPU将有效的HLDA 信号加到DMAC上，以通知DMAC CPU己经放弃了总线的控制权；4．CPU将总线浮空，即放弃了总线控制权后，由DMAC接管系统总线的控制权，并向外设送出DMA 的应答信号；5．DMAC送出地址信号和控制信号，实现外设与内存或内存之间大量数据的快速传送。
6．DMAC将规定的数据字节传送完之后，通过向CPU发HOLD信号，撤消对CPU的DMA请求。
CPU 收到此信号，一方面使HLDA无效，另一方面又重新开始控制总线，实现正常取指令、分析指令、执行指令的操作。
s3c2440提供了4个通道的DMA，它们不仅可以实现内存之间的数据交换，还可以实现内存与外设，以及外设与外设之间的数据交换。
要用好s3c2440的DMA，关键是配置好它的源、目的寄存器，和必要的控制寄存器。
寄存器DISRCn是初始DMA源寄存器，它是用于设置DMA数据传输的源基址，而寄存器DIDSTn是初始DMA目的寄存器，它是用于设置DMA数据传输的目的基址。
DMA控制器原理详解
DMA控制器原理详解目录工作原理DMA硬件架构DMA通道的作用DMA寄存器DMA出现的目的工作原理DMA全拼Direct Memory Access（直接内存存取），在传统的CPU存取数据时会先将数据放到缓存寄存器中然后在写入到指定位置CPU存取数据流程图：CPU经历了三个步骤，先将内存中指定位置上的数据取到数据缓存器中，然后在将数据缓存器中的内容写入到内存中，总共用了三步来完成内存两天不同地址上的数据写入而使用DMA之后就会变得非常简单，DMA不会放入暂存器，而是直接写入写入内存，你只需要设置好源地址，目标地址，传输量，那么DMA就会开始传输数据，但DMA会占用你设备的总线，也就是这个过程中你无法使用总线，需要进行一个控制权转移，这样虽然传输变快了但是传输期间CPU基本上做不了别的事情，但是有些架构已经为DMA提供了一套自己的总线，在DMA传输过程中CPU依然可以控制外设，这个控制权转移不是一直DMA有效的，为了保证CPU 也能正常通过系统总线去控制外设，一般会给DMA一定时间然后控制权在切回CPU，然后CPU处理一段时间在切回DMA直到DMA结束才会停止控制权转移。
DMA硬件架构以下取自STM32芯片手册中对DMA的框架描述•从上图可以看到DMA是一个单独的控制器，并且它有两个，挂设在AHB总线上，可以看到DMA1 CH1 - CH7也就是可配置的控制通道而DMA2只有5个，CPU通过配置DMA来完成数据传输•可以看到它们不是使用System总线，而是使用了DMA自己的控制总线，所以这个架构会比使用系统总线的架构要快许多，但是功耗要大于使用系统总线的架构以下是两个DMA控制器的结构图，可以清晰的看到每个通道用于做什么的DMA1DMA2DMA通道的作用通道是一个小型的IO控制器，每个通道对应控制不同的外设、Memory，可以通过MCU数据手册里查看你的DMA里的每个通道对应控制的外设。
从上图给出的通道结构图中可以看到每个通道IO都支持Uart、SPI、I2C外设功能，值得注意的是这里外设是有编号的，可以在上图通道中看到，不同的外设由不同的通道程序来控制，如你使用I2C2外设，则需要找到支持I2C2的通道并使用它，其中也可以看到SW trigger (MEM2MEM BIT)这个意思代表支持Memory到Memory之间的通讯，如内部的Sram到Sram，也可以看到上图中有HW request 4 意味着这个通道支持中断通知，意思是当这个通道开始工作时会设置对应寄存器里的值，然后产生中断，我们可以在对应的中断标志寄存器里读到哪个通道产生了中断，以及做了什么事情如果是对外设进行控制的话记得，如果是内部的Memory到Memory之间传输数据的话可以随便选择一个通道，因为从上图的结构可以看出每个通道IO都支持内部Memory通道可以理解成一个小型的程序，它是一个简单的IO控制程序，只能处理对应外设之间的数据传输，工作之前需要配置DMA里使用哪个通道。
DMA原理与应用解读
DMA原理与应用解读DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机数据传输方式，它可以在不占用CPU的情况下，直接从外部设备读取数据或向外部设备写入数据。
通过使用DMA，可以提高数据传输的效率，减少对CPU的占用，并且可以同时进行其他的计算任务。
DMA的原理是通过一个独立的DMA控制器，将CPU与外部设备解耦。
在传统的IO方式中，CPU需要不断地向外部设备发送读写指令，并等待设备响应完成。
然而在DMA方式下，CPU只需给出DMA控制器相应的设置和指令，然后就可以继续执行其他任务，而无需等待数据传输的完成。
DMA控制器则会在传输过程中直接和外部设备进行数据传输，完成后再通知CPU。
DMA的应用非常广泛，下面详细介绍几个常见的应用领域：1.存储设备：DMA被广泛应用在硬盘、固态硬盘等存储设备中。
通过使用DMA，可以实现在CPU执行其他任务的同时，进行大量的数据传输，加快了存储器与外设之间的数据交换速度，提高了数据访问效率。
2.媒体播放：在音频和视频播放中，DMA可以帮助减轻CPU的负担。
传统的音频和视频播放需要不断地从存储器中读取数据，然后解码和播放。
而使用DMA技术，可以将存储器中的音视频数据直接传输到音视频控制芯片中，使得播放过程更加流畅，同时也减轻了CPU对数据传输的负担，使CPU可以用于其他任务。
3.图形处理：DMA也被广泛应用于图形处理领域。
在计算机的图形系统中，需要将图像数据从内存中读取，然后进行加工、渲染等操作，最后将结果传输到显示设备上。
通过使用DMA，图像数据可以直接在内存和显存之间传输，降低了对CPU的占用，提高了图形处理的效率和流畅度。
4.网络通信：在计算机网络中，数据的传输速度对网络性能至关重要。
通过使用DMA，可以在网络通信中实现数据包的直接传输，减少CPU的占用，提高网络传输速度。
特别是在高速网络中，DMA的应用能够显著提高数据传输效率，减少数据传输延迟，提升整体的网络性能。
DMA原理与应用
DMA原理与应用DMA，全称为Direct Memory Access，直接内存访问。
它是一种数据传输技术，允许外设设备（例如硬盘、网卡等）直接与计算机内存进行数据传输，而不需要通过中央处理器（CPU）的干预。
这种直接访问内存的方式大大提高了数据传输的效率，减轻了CPU的负担，提高了系统的整体性能。
DMA的工作原理如下：1.初始化：首先，CPU将DMA控制器的寄存器设置为所需的传输参数，包括源地址、目的地址、传输长度等。
然后，DMA控制器将进行初始化，包括清零计数器、启动传输等。
2.读取源数据：DMA控制器从外设的缓冲区中读取源数据，并通过总线将数据传输到内存的目的地址。
3.传输数据：DMA控制器将源数据传输到内存的目的地址，同时递增计数器，移动到下一个内存地址。
这样，DMA控制器可以在不中断CPU的情况下连续传输多个数据。
4.中断通知：当DMA传输完成后，DMA控制器可以触发一个中断信号，通知CPU数据传输已完成。
DMA的应用非常广泛，以下是几个常见的应用场景：1.高速数据传输：DMA技术可用于实现高速数据的传输，如硬盘读写、网卡接收发送数据等。
相比CPU复制数据到内存，使用DMA可以大幅提高数据传输速度，减少CPU的负担。
2.实时数据采集：在实时数据采集过程中，需要对外设设备进行高频率的数据读取。
使用DMA技术，可以实现将外设的数据直接传输到内存，减少了CPU的干预，提高了数据采集的效率和准确性。
3.多媒体处理：多媒体应用通常需要大量的数据传输和处理，如音频、视频等。
借助DMA技术，可以实现高效的音视频数据传输和处理，提高了多媒体应用的实时性和质量。
4.内存扩展：DMA还可以扩展计算机的内存容量。
通过将外设设备的存储器直接映射到内存地址空间，可以实现对外设存储器的直接读写，扩展了系统的内存容量。
5.硬件设备之间的数据传输：DMA技术也可以用于硬件设备之间的数据传输，如外设设备之间的数据传输、外设设备和嵌入式系统之间的数据传输等。
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t 0 Sin t Cos 0 Cos t Sin
0 cos sin t 0 sin sin(t ) 2
和 t 同相位
与 t 相差900
复数模量
复数模量 E * t 0 Cos i 0 Sin E i E
复数模量与力学损耗
力学损耗
E
E
*
E tg E
E
称力学损耗角正切
力学损耗影响因素
分子结构 链段运动阻碍大 损耗大
空间位阻
（侧基体积大、数量多）
次价力作用
（氢键、极性基团存在）
链段运动阻碍小
外界条件 温度和外力作用频率 利用此可研究高聚物的分子运动
损耗小
动态粘弹性和松弛时间 当外力作用时间 t << 时： >>1/
滞后
形变落后于应 力的变化 发生滞后现象
德尔塔
弹、粘性材料动态交变应力与应变的关系
滞后原因
产生原因：链单元运动需要克服分子间的相互作用， 因此需要一定的时间。 愈大表示链单元运动愈困难 影响因素： 柔性链 大 分子结构 内因 刚性链 小 分子间作用 外因 外力作用频率、环境温度
动态粘弹性和松弛时间 1/ 当外力作用时间 t 时：
运动单元介于上述两种情况之间 运动单元产生的力学损耗将达到最大
即： tg 与外力作用时间的关系 存在一个峰值
动态粘弹性研究分子运动
测定tg ~ log 时 在恒定的温度下（通常为室温） 分子运动的松弛 时间也为一恒定值 当测量频率 变化到1/ ~ 松弛时间 时
力学损耗tg
出现损耗峰
log G E ‘ log G E tg
tg 损耗因子
G 储能模量 E ‘
损耗模量 G E
log0
log
频率对聚合物温度谱的影响
时是测定：
力学损耗 tg
与温度 T 的关系
由于频率 的变化范围需达8~12个 数量级，测量仪器很难达到
损耗角
力学损耗的分子运动机制 拉伸时外力对高聚物做功
提供链段运动克服内 “摩擦”所需的能量 损耗
改变分子链的构象 分子链卷曲 伸展
高聚物对外做功
改变分子链的构象 分子链伸展 卷曲 提供链段运动克服内 “摩擦”所需的能量
应力的分解
设 则 应力 t 0 Sin t 应变 t 0 Sin t
聚合物动态力学分析
材料与化工学院 焦明立
目录
基本原理 动态力学分析仪器 实验技术 动态力学分析技术的应用
普弹性 弹 性 Elasticity 高弹性 High elasticity 静态力学性能：在恒应力或恒应变情况下的力学行为
动态力学性能：物体在交变应力下的粘弹性行为
形变性能 Deformation 粘 性 Viscosity 线性粘弹性 Linear viscoelasticity 粘弹性 viscoelasticity 非线性粘弹性 应力松弛 静 态 Static
蠕 变
滞 后 力学损耗
动 态 Dynamic
Non-Linear viscoelasticity
高聚物线性粘弹性
静态粘弹性
蠕变：应力恒定，研究应变与时间的关系 应力松弛：应变恒定，研究应力与时间的关系
动态粘弹性 应力或应变随时间变化（一般为正弦变化） 研究相应的应变或应力随时间的变化。
动态粘弹性
运动单元跟不上外力作用的变化 即：运动单元对外力作用无响应 因此，不产生力学损耗
tg
0
动态粘弹性和松弛时间
外力作用时间 t >> 时：<<1/ t << 下一运动单元的松弛时间 运动单元完全跟得上外力作用的变化 即：运动单元对外力作用无滞后现象 所以 0
tg
0
同样不产生力学损耗
动态粘弹性研究分子运动
测定tg ~ 温度 T 时 在某一固定的频率 下测量 当温度 T 变化时 分子运动的松弛时间 也随之变化 同样，当变化到松弛时间 ~ 1/ 时
力学损耗 tg
出现损耗峰
动态粘弹性图谱
E tg E
键长、键角，普弹态
链段，高弹态
E
tg
E
★增加频率与降低温度对滞后影响相同 ★降低频率与升高温度有相同影响
力学损耗
形变落后于应力的变化，发生滞后现象 每一循环变化中要消耗功，称为力学损耗，即内耗。
拉伸曲线 回缩曲线
拉伸曲线 回缩曲线
损耗功
以应力～应变关系作 图时，所得的曲线封 闭成环，称为滞后环 或滞后圈 此圈越大 力学损耗越大
t 0 0
储能模量： （反映材料形变时的回弹能力） 0 实数部分 E Cos
0
损耗模量： （反映材料形变时的内耗状况） 虚数部分 0
E 0 Sin
复数模量
E”– Loss Modulus
E”
损耗模量 黏性性質
E’
E’ – Storage Modulus
储存模量 彈性性質
链段运动时温度的影响
温度在Tg以下很低时 链段运动速度很慢，在应力增长的时 间内链段运动来不及发展，无滞后
温度很高时-到达高弹态，但小于Tf 链段运动很快，形变几乎不落后应力的变 化，滞后现象几乎不存在
★在某一温度下（ Tg上下几十度范围 内），链段能运动，但又跟不上应力变 化，滞后现象比较严重
tg
非晶态聚合物的温度谱
两种聚乙烯的力学损耗谱图
动态力学分析仪器
动态力学分析(DMA)
在程序温度下测定物质在振动负荷下力学性 能(模量、内耗)与温度、频率的关系—— Dynamic Mechanical Analysis
DMA是利用Sin Wave振荡方式, 測量回应的分析仪器
= 0
o
o time o
o time o o
o k time
= 90
time
动态力学试验方法
振动模式
自由振动 强迫共振 强迫非共振
研究试样在驱动力作用下 自由振动时的振动周期、 相邻两振幅间的对数减量 及它们与温度关系的技术 一般测定的是温度谱。 包括：扭摆仪和扭辫仪