Linux DMA子系統(tǒng)驅(qū)動開發(fā)

1.概述

DMA（Direct Memory Access）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除了CPU之外可以主動訪問計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存的硬件部件，DMA的主要功能搬移內(nèi)存數(shù)據(jù)而不用通過CPU核。

有些CPU會設(shè)計(jì)通用DMA設(shè)備給各外設(shè)使用，例如嵌入式CPU的一些低速外設(shè)，自身沒有設(shè)計(jì)DMA，為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?，則需要借用通用DMA設(shè)備。

對于大多數(shù)的高速外設(shè)，因其業(yè)務(wù)特性，是會自己實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的DMA組件的，以追求業(yè)務(wù)最佳性能。

針對通用DMA設(shè)備，Linux系統(tǒng)中提供了統(tǒng)一的DMA驅(qū)動框架——DMA子系統(tǒng)。

2. DMA類型

DMA從不同的角度可以進(jìn)行不同的分類：

2.1 DMA mapping方式分類

從DMA mapping方式可以分為2類：

Coherent DMA（一致性DMA）

Coherent DMA訪問內(nèi)存地址時不過cache，是cache-coherence設(shè)備，采用Consistent mapping的API進(jìn)行內(nèi)存申請；

Streaming DMA（流式DMA）

Streaming DMA在訪問內(nèi)存地址時經(jīng)過cache，是non-coherence設(shè)備，通常采用streaming mapping的API進(jìn)行內(nèi)存申請，在單次DMA傳輸時進(jìn)行map，在傳輸完成后進(jìn)行unmap；

2.2 DMA工作方式分類

從DMA工作方式可以分為2類：

Block DMA

硬件DMA設(shè)計(jì)為一次訪問操作需要連續(xù)內(nèi)存地址空間；

Scatter-Gather DMA

硬件DMA設(shè)計(jì)為一次訪問操作可以訪問多個離散的、不連續(xù)的內(nèi)存地址空間，并將不連續(xù)地址空間的進(jìn)行數(shù)據(jù)組合；

兩種類型的DMA明顯差異是軟件配置給DMA的地址格式不同，Block DMA只需要在寄存器中實(shí)現(xiàn)地址寄存器和數(shù)據(jù)長度寄存器即可；但Scatter-Gather DMA需要采用描述符表的方式，描述符表中每一個條目是各離散地址和數(shù)據(jù)長度，寄存器只需要實(shí)現(xiàn)描述符表的基址寄存器。

3. Linux DMA子系統(tǒng)

3.1 DMA子系統(tǒng)框架

DMA子系統(tǒng)是一個相對比較簡單的子系統(tǒng)，整個框架比較薄，Linux下DMA子系統(tǒng)的框架圖見下圖藍(lán)色部分：

Linux DMA子系統(tǒng)主要有有5部分組成：

dmaengine：

是DMA子系統(tǒng)的核心，為DMA Device Driver提供DMA設(shè)備注冊的API，為DMA調(diào)用者（Device Driver）提供屏蔽DMA設(shè)備實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的統(tǒng)一接口API；

virt-dma：

為DMA子系統(tǒng)提供虛擬DMA channel的支持；

of-dma：

為DMA子系統(tǒng)提供設(shè)備樹描述DMA信息傳入的支持；

DMA Device Driver：

為DMA設(shè)備的驅(qū)動程序；

dmatest：

提供dmatest模塊測試DMA memcpy, memset, XOR和RAID6 P+Q操作各種長度和各種偏移量進(jìn)入源和目標(biāo)緩沖區(qū)；

3.2 DMA子系統(tǒng)重要API

此處主要介紹DMA系統(tǒng)為上、下游提供的API，dma-mapping的API此處不做介紹。

3.2.1 Register API

1）dma_async_device_register

將DMA設(shè)備驅(qū)動注冊到dma子系統(tǒng)；

int dma_async_device_register(struct dma_device *device)

2）dma_async_device_unregister

將DMA設(shè)備驅(qū)動從dma子系統(tǒng)注銷；

void dma_async_device_unregister(struct dma_device *device)

3.2.2 DMA調(diào)用者（Device Driver）API

1）dma_request_chan

查找并返回與設(shè)備關(guān)聯(lián)的設(shè)備名為name的DMA通道，這種關(guān)聯(lián)是通過設(shè)備樹描述實(shí)現(xiàn)的。

通過該接口申請的channel是獨(dú)占的，直到使用dma_release_channel()釋放為止。

struct dma_chan *dma_request_chan(struct device *dev, const char *name)

2）dmaengine_slave_config

傳遞指定的信息給DMA驅(qū)動，這些信息大部分已經(jīng)集成在struct dma_slave_config中賦值；

如果需要傳遞更多的信息，可以將struct dma_slave_config內(nèi)嵌到DMA設(shè)備的指定結(jié)構(gòu)體中，這種就可以傳遞更多參數(shù)了；

int dmaengine_slave_config(struct dma_chan *chan, struct dma_slave_config *config)

3）dmaengine_prep_slave_sg

以散列表的形式傳輸數(shù)據(jù)，在調(diào)用dmaengine_prep_slave_sg()之前需要使用散列表的映射，并且必須在DMA操作完成之前不能釋放。如果需要同步，請調(diào)用dma_sync_*_for_*()；

struct?dma_async_tx_descriptor?*dmaengine_prep_slave_sg(
      struct?dma_chan?*chan,?struct?scatterlist?*sgl,
      unsigned?int?sg_len,?enum?dma_data_direction?direction,
??????unsigned?long?flags);

4）dmaengine_submit

把描述符添加到掛起的隊(duì)列中來；

dma_cookie_t dmaengine_submit(struct dma_async_tx_descriptor *desc)

5）dma_async_issue_pending

激活掛起隊(duì)列中的事務(wù)，一旦一個事務(wù)完成，隊(duì)列中的下一個事務(wù)就開啟，如果設(shè)置了回調(diào)，還會調(diào)用回調(diào)以通知完成；

void dma_async_issue_pending(struct dma_chan *chan)

審核編輯：黃飛

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