DMA 操作(1)

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#descriptor #struct #buffer #平台 #system #string

DMA 操作(1)

2011-7-3 14:58:22

DMA的数据传输一般有2种不同的方式

1 软件请求传输
2 硬件异步传输

DMA控制器依赖于平台硬件

以i386的8237为例

它有两个控制器，8个通道，具体说明如下：

控制器1: 通道0-3，字节操作, 端口为 00-1F

控制器2: 通道 4-7, 字操作, 端口咪 C0-DF

所有寄存器是8 bit，与传输大小无关。

　 - 通道 4 被用来将控制器1与控制器2级联起来。

- 通道 0-3 是字节操作，地址/计数都是字节的。

- 通道 5-7 是字操作，地址/计数都是以字为单位的。

- 传输器对于（0-3通道）必须不超过64K的物理边界，对于5-7必须不超过128K边界。

- 对于5-7通道page registers 不用数据 bit 0, 代表128K页

- 对于0-3通道page registers 使用 bit 0, 表示 64K页

DMA 传输器限制在低于16M物理内存里。装入寄存器的地址必须是物理地址，而不是逻辑地址。

A23 ... A16 A15 ... A8 A7 ... A0    (物理地址)
     | ... |   | ... |   | ... |
     | ... |   | ... |   | ... |
     | ... |   | ... |   | ... |
    P7 ... P0 A7 ... A0 A7 ... A0
|    Page    | Addr MSB | Addr LSB |   (DMA 地址寄存器)

对于5-7通道来说地址对寄存器的映射如下：
A23 ... A17 A16 A15 ... A9 A8 A7 ... A1 A0    (物理地址)
    | ... |   \   \   ... \ \ \ ... \ \
    | ... |    \   \   ... \ \ \ ... \ (没用)
    | ... |     \   \   ... \ \ \ ... \
   P7 ... P1 (0) A7 A6 ... A0 A7 A6 ... A0

| Page | Addr MSB | Addr LSB | (DMA 地址寄存器)

include/asm-i386/dma.h中有i386平台的8237 DMA控制器的各处寄存器的地址及寄存器的定义，这里只对控制寄存器加以说明：

DMA Channel Control/Status Register (DCSRX)

第31位表明是否开始

第30位选定Descriptor和Non-Descriptor模式

第29位判断有无中断

第8位请求处理（Request Pending）

第3位 Channel是否运行

第2位当前数据交换是否完成

第1位是否由Descriptor产生中断

第0位是否由总线错误引起中断

如下为DMA通道的描述

/* Channel n is busy iff dma_chan_busy[n].lock != 0.
* DMA0 used to be reserved for DRAM refresh, but apparently not any more...
* DMA4 is reserved for cascading.
*/

struct dma_chan {
int lock;
const char *device_id;
};

static struct dma_chan dma_chan_busy[MAX_DMA_CHANNELS] = {
[4] = { 1, "cascade" },
};

dma_chan_busy[n].lock != 0 表示某个DMA通道忙

DMA0 为DRAM刷新使用

DMA4为级联使用

在使用DMA的缓冲的时候，使用的buffer如果大于一个页，必须使用连续的页来进行设置

可以在引导时，为DMA来分配一个连续的区域用来进行给DMA来使用

这里需要注意的是基于DMA的硬件使用的是总线地址，而不是物理地址

驱动程序在使用的时候，需要virt_to_bus 或bus_to_virt 来进行相互转换

DMA为一个系统资源，内核如何来协助管理这个资源？

dma通道的请求和释放

/**
* request_dma - request and reserve a system DMA channel
* @dmanr: DMA channel number
* @device_id: reserving device ID string, used in /proc/dma
*/
int request_dma(unsigned int dmanr, const char * device_id)
{
if (dmanr >= MAX_DMA_CHANNELS)
return -EINVAL;

if (xchg(&dma_chan_busy[dmanr].lock, 1) != 0)
return -EBUSY;

dma_chan_busy[dmanr].device_id = device_id;

/* old flag was 0, now contains 1 to indicate busy */
return 0;
} /* request_dma */

void free_dma(unsigned int dmanr)
{
if (dmanr >= MAX_DMA_CHANNELS) {
printk(KERN_WARNING "Trying to free DMA%d\n", dmanr);
return;
}

if (xchg(&dma_chan_busy[dmanr].lock, 0) == 0) {
printk(KERN_WARNING "Trying to free free DMA%d\n", dmanr);
return;
}

}

dma.c 主要向proc文件系统注册了dma节点，并且向外部提供了request_dma free_dma 方法

cat /proc/dma
2: floppy
4: cascade

DMA 控制器被dma_spin_lock 的自旋锁所保护。
使用函数claim_dma_lock和release_dma_lock对获得和释放自旋锁。这两个函数的声明列出如下
unsigned long claim_dma_lock(); 获取 DMA 自旋锁，该函数会阻塞本地处理器上的中断，因此，其返回值是"标志"值，在重新打开中断时必须使用该值。

void release_dma_lock(unsigned long flags); 释放 DMA 自旋锁，并且恢复以前的中断状态。

static inline unsigned long claim_dma_lock(void)
{
unsigned long flags;
spin_lock_irqsave(&dma_spin_lock, flags);
return flags;
}

static inline void release_dma_lock(unsigned long flags)
{
spin_unlock_irqrestore(&dma_spin_lock, flags);
}

DMA控制信息有3部分组成 RAM的地址数据的传输方向以及传输的数据

void set_dma_mode(dmach_t channel, dmamode_t mode);

是读还是写，还是释放总线的控制

void set_dma_addr(unsigned int channel, unsigned int addr);

函数给 DMA 缓冲区的地址赋值。该函数将 addr 的最低 24 位存储到控制器中。参数 addr 是总线地址。

void set_dma_count(unsigned int channel, unsigned int count);
该函数对传输的字节数赋值。参数 count 也代表 16 位通道的字节数，在此情况下，这个数字必须是偶数。