Linux系统开发专栏

  博客园 :: 首页 :: 博问 :: 闪存 :: 新随笔 :: 联系 :: 订阅 订阅 :: 管理 ::

“小王,再告诉你一个好消息,今天是咱们设备驱动程序核心基础理论的最后一节课了,战斗就已经到了最后一刻了,开心不”我眉飞色舞的对小王说。

“嗯,开心,我挣扎许久了,终于结束了,只是..”小王伤感的说“只是我觉得怎么能一下就没了呢, 心里空荡荡的”.

“没关系的…”看着小王噘着嘴调皮而又可爱的样子,我也心软了”核心的理论是讲完了,但你不是没动过手吗,还有很多路要走呢..我还舍…”我一把蒙住自己的嘴.

  嘿嘿,心里咋想咋们都明白,是不…别伤感了,继续咱们上节的东西:

  上节我们说到了dma_mem_alloc()函数,需要说明的是DMA的硬件使用总线地址而非物理地址,总线地址是从设备角度上看到的内存地址,物理地址是从CPU角度上看到的未经转换的内存地址(经过转换的那叫虚拟地址)。在PC上,对于ISA和PCI而言,总线即为物理地址,但并非每个平台都是如此。由于有时候接口总线是通过桥接电路被连接,桥接电路会将IO地址映射为不同的物理地址。例如,在PRep(PowerPC Reference Platform)系统中,物理地址0在设备端看起来是0X80000000,而0通常又被映射为虚拟地址0xC0000000,所以同一地址就具备了三重身份:物理地址0,总线地址0x80000000及虚拟地址0xC0000000,还有一些系统提供了页面映射机制,它能将任意的页面映射为连续的外设总线地址。内核提供了如下函数用于进行简单的虚拟地址/总线地址转换:

unsigned long virt_to_bus(volatile void *address);
void *bus_to_virt(unsigned long address);

在使用IOMMU或反弹缓冲区的情况下,上述函数一般不会正常工作。而且,这两个函数并不建议使用。

需要说明的是设备不一定能在所有的内存地址上执行DMA操作,在这种情况下应该通过下列函数执行DMA地址掩码:

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

比如,对于只能在24位地址上执行DMA操作的设备而言,就应该调用dma_set_mask(dev, 0xffffffff).DMA映射包括两个方面的工作:分配一片DMA缓冲区;为这片缓冲区产生设备可访问的地址。结合前面所讲的,DMA映射必须考虑Cache一致性问题。内核中提供了一下函数用于分配一个DMA一致性的内存区域:

void *dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp);

这个函数的返回值为申请到的DMA缓冲区的虚拟地址。此外,该函数还通过参数handle返回DMA缓冲区的总线地址。与之对应的释放函数为:

void dma_free_coherent(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t handle);

以下函数用于分配一个写合并(writecombinbing)的DMA缓冲区:

void *dma_alloc_writecombine(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp);

与之对应的是释放函数:dma_free_writecombine(),它其实就是dma_free_conherent,只不过是用了#define重命名而已。

此外,Linux内核还提供了PCI设备申请DMA缓冲区的函数pci_alloc_consistent(),原型为:

void *pci_alloc_consistent(struct pci_dev *dev, size_t size, dma_addr_t *dma_addrp);  对应的释放函数为:
void pci_free_consistent(struct pci_dev *pdev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t dma_addr);
相对于一致性DMA映射而言,流式DMA映射的接口较为复杂。对于单个已经分配的缓冲区而言,使用dma_map_single()可实现流式DMA映射:
dma_addr_t dma_map_single(struct device *dev, void *buffer, size_t size, enum dma_data_direction direction);  如果映射成功,返回的是总线地址,否则返回NULL.最后一个参数DMA的方向,可能取DMA_TO_DEVICE, DMA_FORM_DEVICE, DMA_BIDIRECTIONAL和DMA_NONE;
与之对应的反函数是:
void dma_unmap_single(struct device *dev,dma_addr_t *dma_addrp,size_t size,enum dma_data_direction direction);
通常情况下,设备驱动不应该访问unmap()的流式DMA缓冲区,如果你说我就愿意这么做,我又说写什么呢,选择了权利,就选择了责任,对吧。这时可先使用如下函数获得DMA缓冲区的拥有权:
void dma_sync_single_for_cpu(struct device *dev,dma_handle_t bus_addr, size_t size, enum dma_data_direction direction);
在驱动访问完DMA缓冲区后,应该将其所有权还给设备,通过下面的函数:
void dma_sync_single_for_device(struct device *dev,dma_handle_t bus_addr, size_t size, enum dma_data_direction direction);如果设备要求较大的DMA缓冲区,在其支持SG模式的情况下,申请多个不连续的,相对较小的DMA缓冲区通常是防止申请太大的连续物理空间的方法,在Linux内核中,使用如下函数映射SG:
int dma_map_sg(struct device *dev,struct scatterlist *sg, int nents,enum dma_data_direction direction); 其中nents是散列表入口的数量,该函数的返回值是DMA缓冲区的数量,可能小于nents。对于scatterlist中的每个项目,dma_map_sg()为设备产生恰当的总线地址,它会合并物理上临近的内存区域。下面在给出scatterlist结构:
struct scatterlist
{
   struct page *page;    
   unsigned int offset;   //偏移量
   dma_addr_t dma_address;   //总线地址   
   unsigned int length;   //缓冲区长度
}
执行dma_map_sg()后,通过sg_dma_address()后可返回scatterlist对应缓冲区的总线结构,sg_dma_len()可返回scatterlist对应的缓冲区的长度,这两个函数的原型是:
dma_addr_t sg_dma_address(struct scatterlist *sg);       unsigned int sg_dma_len(struct scatterlist *sg);
在DMA传输结束后,可通过dma_map_sg()的反函数dma_unmap_sg()去除DMA映射:
void dma_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents, enum dma_data_direction direction);   SG映射属于流式DMA映射,与单一缓冲区情况下流式DMA映射类似,如果设备驱动一定要访问映射情况下的SG缓冲区,应该先调用如下函数:
int dma_sync_sg_for_cpu(struct device *dev,struct scatterlist *sg, int nents,enum dma_data_direction direction);
访问完后,通过下列函数将所有权返回给设备:
int dma_map_device(struct device *dev,struct scatterlist *sg, int nents,enum dma_data_direction direction);
Linux系统中可以有一个相对简单的方法预先分配缓冲区,那就是同步“mem=”参数预留内存。例如,对于内存为64MB的系统,通过给其传递mem=62MB命令行参数可以使得顶部的2MB内存被预留出来作为IO内存使用,这2MB内存可以被静态映射,也可以执行ioremap().
相应的函数都介绍完了:说真的,好费劲啊,我都想放弃了,可为了小王,我继续哈..在linux设备驱动中如何操作呢:
像使用中断一样,在使用DMA之前,设备驱动程序需要首先向系统申请DMA通道,申请DMA通道的函数如下
int request_dma(unsigned int dmanr, const char * device_id);  同样的,设备结构体指针可作为传入device_id的最佳参数。
使用完DMA通道后,应该使用如下函数释放该通道:void free_dma(unsinged int dmanr);
作为本篇的最后,也作为Linux设备驱动核心理论的结束篇,小王,我给你总结一下在Linux设备驱动中DMA相关代码的流程。如下所示:
123
“小王,我要讲的讲完了,我轻松了,你可要忙碌了,把这一个月来的知识点都好好串串,为了你,我随叫随到..”我说“课余,我也准备一些后面实际的操作内容,帮你串串”我发现自己越来越喜欢小王了..
"嗯,我会的,放心吧.."那美丽的而迷人的微笑眼神又出现了..
 
 
 

posted on 2010-10-28 20:46  ☆&寒 烟☆  阅读(24715)  评论(6编辑  收藏  举报