Linux dma的使用与理解

1 概述

        本文描述Linux下的dma子系统，包括上层驱动调用方式（consumer），硬件驱动接入（provider）和dma子系统框架。

 2 Linux下dma基本软件框架

        如下框架大致描述了Linux下的dma子系统软件层次关系，Linux内核提供了dma子系统，向上驱动层提供DMA consumer，驱动开发者只需调用从summer的接口传入对应的dma通道需求信息；向下硬件层提供DMA Provider，该层主要由芯片厂商实现，向dma子系统注册一个chan_device；DMA核心层包括dmaengine、virt-dma和of-dma。

3 dma寄存器配置回顾

（1）配置前准备

        1）时钟使能

        启用DMA控制器的时钟（如STM32中通过RCC_AHBPeriphClockCmd开启DMA1/DMA2时钟）14。

        2）参数确定

        传输方向：外设↔存储器或存储器↔存储器18。

        数据量：设置单次传输的数据单元数量（如DMA_CNDTRx寄存器）14。

        数据宽度：选择字节（8位）、半字（16位）或字（32位）48。

（2）寄存器配置关键步骤

        1）地址设置

        外设地址：指向外设数据寄存器（如&USART1->DR）14。

        存储器地址：指向内存缓冲区（如数组SendBuff[100]() ）14。

        地址递增模式：外设地址通常固定，存储器地址按数据宽度递增18。

        2）传输模式与优先级

        选择循环模式（自动重载数据量）或单次模式（需手动重启）18。

        设置通道优先级（高/中/低），冲突时按通道编号仲裁14。

        3）中断配置（可选）

        使能传输完成/半传输/错误中断，并绑定中断服务函数14。

（3）启动与调试

        1）初始化DMA通道

               调用初始化函数（如DMA_Init()），加载配置到工作寄存器48。

        2）启动传输

                使能DMA通道（如DMA_Cmd(DMA1_Channel4, ENABLE)）14。

        3）数据监控

                通过中断标志位或查询寄存器状态（如DMA_ISR）确认传输完成

4 驱动层调用DMA子系统

        上层驱动使用DMA子系统，如下是deepseek生成的一个内存到内存的过程示例

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/dma-mapping.h>
#include <linux/dmaengine.h>
#include <linux/platform_device.h>

#define DEVICE_NAME "dma_example"
#define BUFFER_SIZE 1024
static int major;
static struct dma_chan *dma_chan;
static struct completion dma_complete;
static dma_addr_t src_dma_addr, dst_dma_addr;
static void *src_buffer, *dst_buffer;
// DMA传输完成回调函数
static void dma_callback(void *data)
{
    complete(&dma_complete);
}
// 字符设备的open方法
static int dma_example_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}
// 字符设备的release方法
static int dma_example_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}
// 字符设备的write方法，触发DMA传输
static ssize_t dma_example_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    struct dma_async_tx_descriptor *desc;
    dma_cookie_t cookie;
    // 初始化完成量
    init_completion(&dma_complete);
    // 准备DMA描述符
    desc = dmaengine_prep_dma_memcpy(dma_chan, dst_dma_addr, src_dma_addr, BUFFER_SIZE, DMA_PREP_INTERRUPT);
    if (!desc) {
        printk(KERN_ERR "Failed to prepare DMA descriptor\n");
        return -ENOMEM;
    }
    // 设置回调函数
    desc->callback = dma_callback;
    desc->callback_param = NULL;
    // 提交DMA传输
    cookie = dmaengine_submit(desc);
    if (dma_submit_error(cookie)) {
        printk(KERN_ERR "Failed to submit DMA transfer\n");
        return -EFAULT;
    }
    // 启动DMA传输
    dma_async_issue_pending(dma_chan);
    // 等待DMA传输完成
    wait_for_completion(&dma_complete);
    return count;
}
// 字符设备的文件操作结构体
static struct file_operations fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = dma_example_open,
    .release = dma_example_release,
    .write = dma_example_write,
};
// 驱动模块初始化函数
static int __init dma_example_init(void)
{
    // 注册字符设备
    major = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &fops);
    if (major < 0) {
        printk(KERN_ALERT "Failed to register character device\n");
        return major;
    }
    printk(KERN_INFO "DMA example driver registered with major number %d\n", major);
    // 分配DMA通道
    dma_chan = dma_request_chan(NULL, "memcpy");
    if (!dma_chan) {
        printk(KERN_ERR "Failed to request DMA channel\n");
        unregister_chrdev(major, DEVICE_NAME);
        return -ENODEV;
    }
    // 分配源和目的缓冲区
    src_buffer = dma_alloc_coherent(NULL, BUFFER_SIZE, &src_dma_addr, GFP_KERNEL);
    dst_buffer = dma_alloc_coherent(NULL, BUFFER_SIZE, &dst_dma_addr, GFP_KERNEL);
    if (!src_buffer || !dst_buffer) {
        printk(KERN_ERR "Failed to allocate DMA buffers\n");
        dma_release_channel(dma_chan);
        unregister_chrdev(major, DEVICE_NAME);
        return -ENOMEM;
    }
    // 初始化源缓冲区
    memset(src_buffer, 0xAA, BUFFER_SIZE);
    return 0;
}
// 驱动模块退出函数
static void __exit dma_example_exit(void)
{
    // 释放DMA缓冲区
    dma_free_coherent(NULL, BUFFER_SIZE, src_buffer, src_dma_addr);
    dma_free_coherent(NULL, BUFFER_SIZE, dst_buffer, dst_dma_addr);
    // 释放DMA通道
    dma_release_channel(dma_chan);
    // 注销字符设备
    unregister_chrdev(major, DEVICE_NAME);
    printk(KERN_INFO "DMA example driver unregistered\n");
}
module_init(dma_example_init);
module_exit(dma_example_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple DMA example driver");

        先请求一个dma通道（示例请求了memcpy名的通道），使用