Linux DMA子系統驅動開發

1.概述

DMA（Direct Memory Access）是計算機系統中除了CPU之外可以主動訪問計算機系統內存的硬件部件，DMA的主要功能搬移內存數據而不用通過CPU核。

有些CPU會設計通用DMA設備給各外設使用，例如嵌入式CPU的一些低速外設，自身沒有設計DMA，為了數據傳輸的高效，則需要借用通用DMA設備。

對于大多數的高速外設，因其業務特性，是會自己實現相應的DMA組件的，以追求業務最佳性能。

針對通用DMA設備，Linux系統中提供了統一的DMA驅動框架——DMA子系統。

2. DMA類型

DMA從不同的角度可以進行不同的分類：

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訪問內存地址時不過cache，是cache-coherence設備，采用Consistent mapping的API進行內存申請；

Streaming DMA（流式DMA）

Streaming DMA在訪問內存地址時經過cache，是non-coherence設備，通常采用streaming mapping的API進行內存申請，在單次DMA傳輸時進行map，在傳輸完成后進行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設計為一次訪問操作需要連續內存地址空間；

Scatter-Gather DMA

硬件DMA設計為一次訪問操作可以訪問多個離散的、不連續的內存地址空間，并將不連續地址空間的進行數據組合；

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現地址寄存器和數據長度寄存器即可；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據長度，寄存器只需要實現描述符表的基址寄存器。

3. Linux DMA子系統

3.1 DMA子系統框架

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

Linux DMA子系統主要有有5部分組成：

dmaengine：

是DMA子系統的核心，為DMA Device Driver提供DMA設備注冊的API，為DMA調用者（Device Driver）提供屏蔽DMA設備實現細節的統一接口API；

virt-dma：

為DMA子系統提供虛擬DMA channel的支持；

of-dma：

為DMA子系統提供設備樹描述DMA信息傳入的支持；

DMA Device Driver：

為DMA設備的驅動程序；

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入源和目標緩沖區；

3.2 DMA子系統重要API

此處主要介紹DMA系統為上、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設備驅動注冊到dma子系統；

int dma_async_device_register(struct dma_device *device)

2）dma_async_device_unregister

將DMA設備驅動從dma子系統注銷；

void dma_async_device_unregister(struct dma_device *device)

3.2.2 DMA調用者（Device Driver）API

1）dma_request_chan

查找并返回與設備關聯的設備名為name的DMA通道，這種關聯是通過設備樹描述實現的。

通過該接口申請的channel是獨占的，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驅動，這些信息大部分已經集成在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內嵌到DMA設備的指定結構體中，這種就可以傳遞更多參數了；

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據，在調用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列中來；

dma_cookie_t dmaengine_submit(struct dma_async_tx_descriptor *desc)

5）dma_async_issue_pending

激活掛起隊列中的事務，一旦一個事務完成，隊列中的下一個事務就開啟，如果設置了回調，還會調用回調以通知完成；

void dma_async_issue_pending(struct dma_chan *chan)

審核編輯：黃飛

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