DMA的简单介绍

目录

一、DMA基本概念

二、DMA burst 基本概念

三、DMA缓存cache一致性原则

3.1 先理解cache的作用

3.2  Cache的一致性

3.3 一致性DMA映射和流式DMA映射

四、链表传输

五、参考文章

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一、DMA基本概念

        DMA英文全称是Direct Memory Access，意思是直接存储器访问。他的作用就是不需要经过CPU进行数据传输，也就是替CPU分担点事情做，什么事情？数据传输方面的事情。也就是说，你只要使能并配置好了DMA，DMA就可以将一批数据从源地址搬运到目的地址去而不经过CPU的干预，这样可以为CPU节省好多精力去干更重要的事情很人性化。就像我们人一样，我们平常习惯性的动作是不用经过大脑思考的，比如说眨眼睛，呼吸等。DMA就是负责这些工作的，但它没人这么智能，需要将它设置好了它才会正常工作。

        要进行数据传输就必须有两个条件：数据从哪传（源地址），数据传到哪里去（目的地址）。是的，DMA的确有这两项设置，通过软件设置，设置好源地址和目的地址。还有一个重要的条件就是触发源是什么，就是说什么时候进行DMA数据传输呢？这叫触发信号。也可以通过软件编程设置具体时间，具体条件来触发DMA数据传输。

二、DMA burst 基本概念

        DMA和burst不是一个概念。
        DMA传送不经过CPU的控制，假如硬盘的数据不能经过DMA控制器读到内存，那么每完成一次将硬盘的数据读出来，再存放到内存的操作，都要通过CPU运行几条读写指令来完成，这时CPU就做不了别的事了，如果有DMA控制器，则这个过程不需要CPU的参与，只需要占用总线就可以了。CPU还可以去完成别的运算。
       Burst操作还是要通过CPU的参与的，与单独的一次读写操作相比，burst只需要提供一个其实地址就行了，以后的地址依次加1，而非burst操作每次都要给出地址，以及需要中间的一些应答、等待状态等等。如果是对地址连续的读取，burst效率高得多，但如果地址是跳跃的，则无法采用burst操作。
一般芯片的dma有基本功能：
       1、普通的内存、外设间互传数据，一次性的。
       2、支持链表的，美其名曰“scatter”，内核有struct scatter可以参考。
dma有burst、burst size、transfer的概念：
burst：
        dma实际上是一次一次的申请总线，把要传的数据总量分成一个一个小的数据块。比如要传64个字节，那么dma内部可能分为2次，一次传64/2=32个字节，这个2(a)次呢，就叫做burst。这个burst是可以设置的。这32个字节又可以分为32位 *8或者16位*16来传输。
transfer size：
        就是数据宽度，比如8位、32位，一般跟外设的FIFO相同。
burst size：
       就是一次传几个 transfer size.
       配置数据宽度为32位。一次传8个32位=32个字节。那么如果总长度为128字节，那么实际dma设置的长度为 128/32 = 4.

三、DMA缓存cache一致性原则

3.1 先理解cache的作用

        CPU在访问内存时，首先判断所要访问的内容是否在Cache中，如果在，就称为“命中（hit）”，此时CPU直接从Cache中调用该内容；否则，就 称为“ 不命中”，CPU只好去内存中调用所需的子程序或指令了。CPU不但可以直接从Cache中读出内容，也可以直接往其中写入内容。由于Cache的存取速 率相当快，使得CPU的利用率大大提高，进而使整个系统的性能得以提升。

3.2  Cache的一致性

        Cache的一致性就是Cache中的数据，与对应的内存中的数据是一致的。
        DMA是直接操作总线地址的，这里先当作物理地址来看待吧（系统总线地址和物理地址只是观察内存的角度不同）。如果cache缓存的内存区域不包括DMA分配到的区域，那么就没有一致性的问题。但是如果cache缓存包括了DMA目的地址的话，会出现什么什么问题呢？
        问题出在，经过DMA操作，cache缓存对应的内存数据已经被修改了，而CPU本身不知道（DMA传输是不通过CPU的），它仍然认为cache中的数 据就是内存中的数据，以后访问Cache映射的内存时，它仍然使用旧的Cache数据。这样就发生Cache与内存的数据“不一致性”错误。
        题外话：好像2.6.29内核中，6410的总线地址和物理地址是一样的，因为我在查看vir_to_bus函数的时候，发现在/arch/arm/linux/asm/memory.h中这样定义： 

#ifndef __virt_to_bus
#define __virt_to_bus   __virt_to_phys
#define __bus_to_virt   __phys_to_virt
#endif

        而且用source Insight搜索了一遍，没有发现6410相关的代码中，重新定义__vit_to_bus，因此擅自认为2.6内核中，6410的总线地址就是物理地址。希望高手指点。
        顺便提一下，总线地址是从设备角度上看到的内存，物理地址是CPU的角度看到的未经过转换的内存（经过转换的是虚拟地址）
        由上面可以看出，DMA如果使用cache，那么一定要考虑cache的一致性。解决DMA导致的一致性的方法最简单的就是禁止DMA目标地址范围内的cache功能。但是这样就会牺牲性能。
        因此在DMA是否使用cache的问题上，可以根据DMA缓冲区期望保留的的时间长短来决策。DAM的映射就分为：一致性DMA映射和流式DMA映射。

3.3 一致性DMA映射和流式DMA映射

        一致性DMA映射申请的缓存区能够使用cache，并且保持cache一致性。一致性映射具有很长的生命周期，在这段时间内占用的映射寄存器，即使不使用也不会释放。生命周期为该驱动的生命周期
        流式DMA映射实现比较复杂，因为没具体了解，就不说明了。只知道种方式的生命周期比较短，而且禁用cache。一些硬件对流式映射有优化。建立流式DMA映射，需要告诉内核数据的流动方向。

四、链表传输

一种Scatter-GatherDMA的数据传输缓冲区设计方法与流程

五、参考文章

DMA 与 scatterlist 技术简介

关于STM32 DMA相关总结[概述知识点]

DMA设备驱动（一）————DMA简介

DMA设备驱动（二）————dma和cache一致性（dma_malloc_writecombine）
DMA设备驱动（三）————基于Linux3.4.2的dma设备驱动的简单实现