嵌入式Linux设备驱动程序开发指南14（Linux设备驱动使用DMA）——读书笔记
Linux设备驱动使用DMA
- 十四、Linux设备驱动使用DMA
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- 14.1 简介
- 14.2 缓存一致性
- 14.3 DMA控制器接口
- 14.4 流式DMA模块
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- 14.4.1 sdma_sam_m2m.c源代码
- 14.4.2 DMA设备树
- 14.4.3 调试
- 14.5 DMA分散聚集映射
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- 14.5.1 sdma_imx_sg_m2m.c源代码
- 14.6 用户态DMA
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- 14.6.1 用户DMA模块分析
- 14.6.2 用户DMA模块代码
- ### 14.6.3 应用程序
- ### 14.6.4 调试
十四、Linux设备驱动使用DMA
14.1 简介
DMA又称直接内存访问，是嵌入式Linux使用的一种控制器。外设存储器直接与主存之间独立传输，而不需要CPU参与，当DMA传输完毕，DMA控制器向CPU发送一个中断。
使用的场景是，当数据块非常大或频繁传送数据时，数据传送会消耗很大一部分CPU处理时间，此时可以使用DMA。
14.2 缓存一致性
高速缓存中使用DMA最大的问题是缓存内容和存储器的内容可能不一致，分为两类：
一致性体系结构： （arm_coherent_dma_ops）一些处理器包含一种称为总线侦听或缓存侦听机制；
非一致性体系结构： （arm_dma_ops）因为非一致性体系结构不为一致性管理提供额外的硬件支持，因此需要软件来特殊处理。
14.3 DMA控制器接口
DMA控制器接口定义到真实的DMA硬件功能接口，以下介绍DMA客户端的使用步骤：
DMA客户端的使用步骤：
1、分配DMA客户通道 ———— dma_request_chan()；
2、设置客户端设备和控制器特定参数 ———— dmaengine_slave_config()；
3、获取事务描述符 ———— dmaengine_prep_slave_sg()；
4、提交事务 ———— dmaengine_submit()
5、发出待处理的请求并等待回调通知 ———— dma_sync_issue_pending()
驱动使用虚拟地址，通过ioremap()把物理地址映射到虚拟地址，DMA访问的内存在物理地址上是连续的，因此由kmalloc()（最高申请128K）申请或__get_free_pages()（最高申请8MB），而不能用vmalloc()。
另外还有一个概念，连续内存分配器（CMA）是为了分配大的、物理上连续的内存块而开发的。
DMA映射：指的是DMA缓存区及缓存器生产设备访问的地址组合。缓冲区通常在驱动程序初始化时候进行映射，在结束时候解除映射。
DMA映射分类：
dma_alloc_coherent() //一致性DMA映射：使用进行分配
dma_map_single() //流式DMA映射：使用进行分配
dma_free_coherent() //解除映射并释放这样的DMA区域函数
dma_unmap_single() //流式DMA清除，当DMA活动完成时，例如从中断中得知DMA传输完成，需要调用该函数。
dma_map_single() 函数调用dma_map_single_attrs()，后者又调用arm_dma_map_page()，来确保缓存缓存中的任何数据将被适当的丢弃或写回。
流式DMA映射规则：
缓冲区只能在指定的放下上使用；
被映射缓存区属于设备，不属于CPU；
在映射之前，用于向设备发送数据的缓存区必须包含的数据；
在DMA任然处于活动时，解除DMA缓存区的映射，将导致严重的系统不稳定问题。
14.4 流式DMA模块
内核DMA模块，驱动分配两个缓冲区，wbuf、rbuf。
驱动从用户态接收字符，并将它们存储在wbuf中。然后将设置一个DMA传输事务（内存到内存），将值从wbuf复制到rbuf。
14.4.1 sdma_sam_m2m.c源代码
#include 14.4.2 DMA设备树
sdma_m2m {
compatible = "arrow,sdma_m2m";
};
14.4.3 调试
nsmod sdma_imx_m2m.ko
echo abcdefg > /dev/sdma_test #写值到wbuf
rmmod sdma_imx_m2m.ko
14.5 DMA分散聚集映射
有不同方式可以通过DMA发送多个缓冲区的内容。它们可以一次发送一个映射，也可以用分散/聚集方式，一次全部发送。
14.5.1 sdma_imx_sg_m2m.c源代码
#include 14.6 用户态DMA
对于较大的缓冲区，用copy_to_user()和copy_from_user()复制数据效率低，也没有利用DMA搬移数据优势。Linux允许内核态和用户态接口框架，用户态DMA被定义为能够访问缓冲区以进行DMA传输，并从用户态应用中进行控制DMA传输。
用户进程可以显示的进行内存映射，mmap()函数，mmap()文件操作允许将设备驱动程序的内存映射到用户态进程地址空间，将虚拟地址转换成物理地址空间。
14.6.1 用户DMA模块分析
sdma_ioctl()回调函数
sdma_open()函数
sdma_ioctl()函数
设备树：
sdma_m2m {
compatible = “arrow, sdma_m2m”,
};
14.6.2 用户DMA模块代码
#include ### 14.6.3 应用程序
#include ### 14.6.4 调试
insmod sdma_imx_mmap.ko //加载模块
./sdma //DMA物理地址内存映射到用户虚拟空间
rmmod sdma_imx_mmap.ko //卸载模块
感谢阅读，祝君成功！
-by aiziyou