Linux驱动技术(三) _DMA编程

作者：佚名 2017-03-01 13:06:39系统 Linux 系统运维 DMA即Direct Memory Access，动技是动技一种允许外设直接存取内存数据而没有CPU参与的技术，当外设对于该块内存的动技读写完成之后，DMAC通过中断通知CPU，动技这种技术多用于对数据量和数据传输速度都有很高要求的动技外设控制，比如显示设备等。动技

DMA即Direct Memory Access，动技是动技一种允许外设直接存取内存数据而没有CPU参与的技术，当外设对于该块内存的动技读写完成之后，DMAC通过中断通知CPU，动技这种技术多用于对数据量和数据传输速度都有很高要求的动技外设控制，比如显示设备等。动技

DMA和Cache一致性

我们知道，动技为了提高系统运行效率，动技现代的动技CPU都采用多级缓存结构，其中就包括使用多级Cache技术来缓存内存中的数据来缓解CPU和内存速度差异问题。在这种前提下，显而易见，如果DMA内存的数据已经被Cache缓存了，而外设又修改了其中的数据，这就会造成Cache数据和内存数据不匹配的问题，即DMA与Cache的一致性问题。为了解决这个问题，最简单的办法就是禁掉对DMA内存的Cache功能，显然，这会导致性能的降低

虚拟地址 VS 物理地址 VS 总线地址

在有MMU的计算机中，CPU看到的是虚拟地址，发给MMU后转换成物理地址，虚拟地址再经过相应的电路转换成总线地址，就是外设看到的地址。所以，DMA外设看到的地址其实是总线地址。Linux内核提供了相应的API来实现三种地址间的转换:

//虚拟->物理 
virt_to_phys() 
//物理->虚拟 
ioremap() 
//虚拟->总线 
virt_to_bus() 
//总线->虚拟 
bus_to_virt()  

DMA地址掩码

DMA外设并不一定能在所有的内存地址上执行DMA操作，此时应该使用DMA地址掩码 

int dma_set_mask(struct device *dev,u64 mask); 

比如一个只能访问24位地址的DMA外设，就使用dma_set_mask(dev,0xffffff)

编程流程

下面是在内核程序中使用DMA内存的流程：   

 

一致性DMA

如果在驱动中使用DMA缓冲区，可以使用内核提供的已经考虑到一致性的API:

/** 
 * request_dma - 申请DMA通道 
 * On certain platforms, we have to allocate an interrupt as well... 
 */int request_dma(unsigned int chan, const char *device_id);/** 
 * dma_alloc_coherent - allocate consistent memory for DMA 
 * @dev: valid struct device pointer, or NULL for ISA and EISA-like devices 
 * @size: required memory size 
 * @handle: bus-specific DMA address * 
 * Allocate some memory for a device for performing DMA.  This function 
 * allocates pages, and will return the CPU-viewed address, and sets @handle 
 * to be the device-viewed address. 
 */ 
 
void * dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag)//申请PCI设备的DMA缓冲区 
void *pci_alloc_consistent(struct pci_dev *hwdev, size_t size, dma_addr_t *dma_handle)//释放DMA缓冲区 
void dma_free_coherent(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t dma_handle )//释放PCI设备的DMA缓冲区 
void pci_free_consistent()/** 
 * free_dma - 释放DMA通道 
 * On certain platforms, we have to free interrupt as well... 
 */ 
void free_dma(unsigned int chan);  

流式DMA

如果使用应用层的缓冲区建立的DMA申请而不是驱动中的缓冲区，可能仅仅使用kmalloc等函数进行申请，那么就需要使用流式DMA缓冲区，此外，还要解决Cache一致性的问题。 

/** 
 * request_dma - 申请DMA通道 
 * On certain platforms, we have to allocate an interrupt as well... 
 */ 
 
int request_dma(unsigned int chan, const char *device_id);//映射流式 
DMAdma_addr_t dma_map_single(struct device *dev,void *buf, size_t size, enum dma_datadirection direction);//驱动获得DMA拥有权，通常驱动不该这么做 
 
void dma_sync_single_for_cpu(struct device *dev,dma_addr_t dma_handle_t bus_addr,size_t size, enum dma_data_direction direction);//将DMA拥有权还给设备 
 
void dma_sync_single_for_device(struct device *dev,dma_addr_t dma_handle_t bus_addr,size_t size, enum dma_data_direction direction);//去映射流式 
 
DMAdma_addr_t dma_unmap_single(struct device *dev,void *buf, size_t size, enum dma_datadirection direction); 
/** 
 * free_dma - 释放DMA通道 
 * On certain platforms, we have to free interrupt as well... 
 */ 
 
void free_dma(unsigned int chan);   

责任编辑：庞桂玉 来源： 嵌入式Linux中文站 Linux驱动技术DMA编程

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