dma子系统　ｄｍａｃ

Posted 2020-10-10 张鹏的博客

DMA子是CPU中实现数据传输的一种方式,CPU配置好DMA控制器之后发起数据传输，CPU本身不参与数据传输的动作中去。

DMA种类：
分为外设DMA和DMA控制器。其中外设DMA实现的为特定的外设与内存之间的数据传输，一般是外设向RAM单向传输数据。而DMA控制器则可以实现任意外设与内存之间的数据传输。此时外设跟CPU控制器之间通过流控制信号来保证传输通道的正常运行。

DMA传输的数据宽度不固定。

还可以实现任意长度的burst 操作。burst是DMA控制地址总线自行改变。

DMA也支持分散集合模式，即内存中数据并非连续，而是分配在多个块中，块大小也不一样，这时候DMA可以根据Scatter Gather Descriptors来进行DMA数据传输。

Descriptors是一个单向列表，描述了每块数据的位置和大小还有其他配置。DMA自行解析Descriptors的内容进行数据传输并寻找小一个链表节点，

如果Descriptor 链表是一个循环链接，则传输被叫做环形传输（Cyclic Transfers）。

linux实现了DMA框架，叫做DMA Engine,内核驱动开发者必须按照固定的流程编码才能正确的使用DMA。DMA Engine提供出来了Slave API供其它内核调用。这些API实现了复杂的scatter gather 传输模式，通过这些API实现DMA传输的驱动被叫做DMA client.

DMA中调用API的顺序为：

DMA通道申请

DMA client的第一步就是要申请DMA 通道，有的DMA client 可能需要申请特殊的通道，而有的DMA client可以申请任意可用的通道。通道申请的API为dma_request_channel 或者他的某一变形API。

struct dma_chan *dma_request_channel(dma_cap_mask_t mask, dma_filter_fn filter_fn, void *filter_param);

其中dma_cap_mask_t是根据dma_cap_sets指定的DMA传输类型。
如：

    dma_cap_mask_t mask;

    dma_cap_zero(mask);
    dma_cap_set(DMA_MEMCPY,mask);
    dma_chan1 = dma_request_channel(mask,0,NULL);

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而传输类型具体列为：

enum dma_transaction_type {
         DMA_MEMCPY,
          DMA_XOR,
          DMA_PQ,
          DMA_XOR_VAL,
         DMA_PQ_VAL,
          DMA_MEMSET,
         DMA_INTERRUPT,
          DMA_SG,
          DMA_PRIVATE,
          DMA_ASYNC_TX,
          DMA_SLAVE,
          DMA_CYCLIC,
          DMA_INTERLEAVE,
          /* last transaction type for creation of the capabilities mask */
          DMA_TX_TYPE_END,
  };

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配置DMA通道

dmaengine_slave_config
static inline int dmaengine_slave_config(struct dma_chan *chan,struct dma_slave_config *config)

获取一个传输描述符

dmaengine_prep_slave_single()

提交传输到挂起队列

dmaengine_submit

发起传输申请

dmaengine_issue_pending调用会从第一个描述符开始进行传输。如果DMA client 驱动有回调函数的话，会在传输完成后执行。

一个简单的DMA传输案例:

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>    /* printk() */
#include <linux/moduleparam.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/pgtable.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/mempool.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/kobject.h>
#include <linux/sysfs.h>
#include <linux/dma-mapping.h>
#include <linux/dmaengine.h>
#include <asm/types.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/dma-mapping.h>

#define DEST_ADDRESS 0x73800000
#define SRC_ADDRESS   0x10400000

static volatile struct completion comp1;
static volatile struct dma_chan *dma_chan1;

static int device_mmap(struct file *file,struct vm_area_struct* vma)
{
    int size;
    printk("mmap fpga\n");
    size=vma->vm_end - vma->vm_start;
    if(remap_pfn_range(vma,vma->vm_start,DEST_ADDRESS>>PAGE_SHIFT,0x800000,vma->vm_page_prot))
        return -EAGAIN;
    return 0;
}
static void dma_complete_func(void *completion)
{
    complete(completion);
}

struct dma_async_tx_descriptor *tx1 = NULL;

static int device_ioctl(struct inode *inode,struct file *file,int num,int param)
{
        struct dma_device *dma_dev;
        enum dma_ctrl_flags flags;
        dma_cookie_t cookie;
        dma_dev = dma_chan1->device;
        flags =  DMA_CTRL_ACK | DMA_COMPL_SKIP_DEST_UNMAP | DMA_COMPL_SKIP_SRC_UNMAP;
        tx1 = dma_dev->device_prep_dma_memcpy(dma_chan1, DEST_ADDRESS,
                    SRC_ADDRESS+0x40000*param, 0x40000, flags);
        if (!tx1) {
            printk("Failed to prepare DMA memcpy\n");
            return -1;
        }
        init_completion(&comp1);
        tx1->callback = dma_complete_func;
        tx1->callback_param = &comp1;

        cookie = tx1->tx_submit(tx1);
        if (dma_submit_error(cookie)) {
            printk("Failed to do DMA tx_submit\n");
            return -1;
        }

        dma_async_issue_pending(dma_chan1);

        wait_for_completion(&comp1);
}

static struct file_operations fpga_fops =
{
    .owner = THIS_MODULE,
    .mmap = device_mmap,
    .ioctl = device_ioctl,
};

static int __init hello_init (void)
{
    dev_t fpga_dev;
    struct cdev *fpga_cdev;
    struct device *dev;
    dma_addr_t dm;
    dma_cap_mask_t mask;

    dma_cap_zero(mask);
    dma_cap_set(DMA_MEMCPY,mask);
    dma_chan1 = dma_request_channel(mask,0,NULL);

    if(dma_chan1 == 0)
    {
        printk("fpga:failed to request DMA channel\n");
    }

    if(register_chrdev_region(MKDEV(200,0),1,"fpga"))
    {
         printk (KERN_INFO "alloc chrdev error.\n");
         return -1;
    }

    fpga_cdev=cdev_alloc();
    if(!fpga_cdev)
    {
        printk (KERN_INFO "cdev alloc error.\n");
         return -1;
    }
    fpga_cdev->ops = &fpga_fops;
    fpga_cdev->owner = THIS_MODULE;

    if(cdev_add(fpga_cdev,MKDEV(200,0),1))
    {
        printk (KERN_INFO "cdev add error.\n");
         return -1;
    }
    printk("fpga driver loaded\n");

  return 0;

}

late_initcall(hello_init);
MODULE_LICENSE("GPL");