ZYNQ系列（十二）linux的DMA使用

ZYNQ系列（十二）linux的DMA使用

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前言

linux的DMA对于新手而言一直是一个噩梦，先不谈如何实现用户空间的零拷贝DMA传输，光是Linux环境下的DMA传输就已经感觉比较棘手，一方面是对Linux了解不够深入，另一方面则是Linux在相关的使用说明方面的确没有比较好的官方支持。

Xilinx提供了一个AXI-DMA的IP核，其可以通过AXI-Lite进行配置，命令其从AXI高性能总线（HP）上直接的对内存数据进行读取存储，这一切在PS使用裸机时感觉是那么的简单，就如同之前在MCU上一般，调用库函数对DMA配置好起始、结束地址、传输大小及相关的即可。但是这一切到linux上则变得狰狞起来。复杂的基于DMA engine 的操作机制使得刚开始上手在zynq上使用linux系统操作AXI-DMA变得不那么简洁明了。

而到了实际应用中，用户往往是在用户空间申请一块内存区域，想要从PL端读一些数据到这个内存区域，或者是从这块内存区域写到PL端，如果直接的使用cpu进行搬运，则会耗费大量的时间，DMA是不可或缺的。

为了“避免”繁杂的linux下dma engine的操作，有的用户想到了是否可以只把AXI-DMA这个IP核的寄存器（挂载在AXI-Lite总线上）通过mmap的方式映射到内存中，然后像之前裸机上一样，对这块内存读写就直接配置AXI-DMA寄存器，完成了对AXI-DMA的配置操作，但是，其也不可避免的从内核空间通过copy_to_usr来拷贝数据到用户空间，在大批量的数据时，这是很缓慢的一个过程。

幸好，有一个开源项目xilinx_axidma，实现了从用户空间使用AXI-DMA的零拷贝，并且将其封装为了库，这篇文章主要就是记录如何使用这个库的。

开发环境

开发板：黑金的zynq7010。
petalinux版本：2017.4。
vivado版本：2017.4。

准备工作

1. 下载dma的源码：https://github.com/bperez77/xilinx_axidma/tree/master
2. 黑金的dma回环例程的*.HDF文件或者自己根据其他博客搭建dma硬件环境。

petalinux工程建立

建立工程

根据第一章的内容，建立petalinux工程，hdf文件需要选择准备工作中第二条产生的hdf（有需要的直接评论留言给我）。

配置内核

1. 配置DMA

我使用的是黑金自带的内核，我检查DMA的项都已开启，就没有动。

如果使用自己编译的内核，可能需要查看几个CONFIG是否开启。（别的博客都这么说）

CONFIG_CMA=y
CONFIG_DMA_CMA=y
CONFIG_XILINX_DMAENGINES=y
CONFIG_XILINX_AXIDMA=y
CONFIG_XILINX_AXIVDMA=y
CONFIG_DMA_SHARED_BUFFER=y

根据petalinux的版本不同，好像有几个配置也不需要了，自己网上看吧，我用的黑金的内核，直接Petalinux-config -c kernel，查看DMA的项都开启了，就没搭理。

2. 配置CMA

CMA是什么我也不知道，具体为什么配置CMA我也不知道，我只看到网上有人说没有配CMA，运行的时候会出错。
根据其他博主的文章现在知道了。

1. 报错如下为CMA空间不够导致的，重新设置CMA大小可解决。
   

2. 原因：因为transfer_file函数中对发送和接收都分配了cma空间，所以发送和接收的文件大小不能超过设置的cma空间的一半。

3. 后面根据别人的博客出一个错误的说明。

4. 配置方式
   

修改设备树

打开设备树文件

$  vi project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/system-user.dtsi 

增加dma相关内容，这里使用的设备树的引用覆盖的方法来修改device-id。也有直接去pl.dtsi中更改的。

&amba_pl {
	axidma_chrdev: axidma_chrdev@0 {
		compatible = "xlnx,axidma-chrdev";
		dmas = <&axi_dma_0 0 &axi_dma_0 1>;
		dma-names = "tx_channel", "rx_channel";
	};
};

&axi_dma_0{
	dma-channel@40400000 {
		xlnx,device-id = <0x0>;
	};
	dma-channel@40400030 {
		xlnx,device-id = <0x1>;
	};
};

生成BOOT.BIN烧录

不做过多解释。

编译Github的DMA代码

1. 代码路径截图如下
   

2. 修改config_template.mk
   将config_template.mk 名字改为confi.mk，里面内容修改如下

    第21行改为    CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabihf-
    第25行改为    ARCH = arm
    第35行改为    KBUILD_DIR = /home/workzc/alinx/50-dma_test/dma_test/build/tmp/work/plnx_arm-xilinx-linux-gnueabi/linux-xlnx/4.9-xilinx-v2017.4+git999-r0/linux-xlnx-4.9-xilinx-v2017.4+git999
    第41行改为    OUTPUT_DIR = outputs
   

   第35行 是petalinux-build -c kernel以后才产生的，路径可能和这个不一样，自己查找。

3. 将include中的两个.h文件移动到driver目录中

4. 编译驱动程序

    $ make driver
   

5. 编译应用程序

    $ make examples
   

6. 查看outputs文件夹，有以下文件说明安装成功。
   

7. 该步骤可以使用petalinux module那种方式将ko文件弄到文件系统，或者直接编译进内核，方法网上看吧。

运行

接下来就是挂载，运行了。

1. 使用insmod加载模块，出现以下信息说明加载成功。
   

2. 运行axidma_benchmark，查看dma速率。
   

3. 运行axidma_transfer，回环测试。

    创建两个txt文件，1.txt和2.txt。
    在1.txt文件中胡乱输入点内容。
    运行axidma_transfer，2.txt中会出现和1.txt一样的内容。
   

收工

笔者也是小白一枚，都是按照网上别人博客来的，下面将我看到几个不错的博客贴出来，供大家欣赏。

这几篇博客都是根据 github上的那个dma代码来做解释的。

1. ZYNQ Linux应用层 利用 AXI DMA 进行数据传输
该文章有错误说明，第二个错误我就碰上了，我是用自己创建的vivado工程产生的hdf，结果不中用，出了第二个问题，还没仔细分析原因。改为黑金的DMA回环的hdf好用了。

我关于config.mk的修改来源此文章，就是他没说KBUILD_DIR = /home/osrc/Projects/zynq-mz7100fa/osrc-lab-linux-4.19/sources/kernel/ 这东西的来源是哪让我费了点功夫。

2. ZYNQ #3 - Linux环境下在用户空间使用AXI-DMA进行传输
该文章还有个后续#4 讲的是PS使用直接采集PL外接的ADC数据，相当不错。

3. ZYNQ跑系统 系列（三） AXI-DMA的linux下运行
他们都可以改了设备树，直接弄到sd卡里启动就行，我不会啊。我都是改了设备树在重新编译，重新烧录，相当麻烦，会的大佬留言教教小弟。这篇开始cma没有配置，然后改了设备树，扔SD卡里就直接用了，好神奇。

4. Zynq7000学习 1.如何在Linux平台上运行DMA模块
这篇是使用petalinux module 方式将ko编译文件系统了

5. zynq操作系统：Linux驱动开发AXIDMA补充篇 多路DMA
多路DMA的使用。

出错集锦