蜕变成蝶~Linux设备驱动之DMA

一口Linux 2021-03-17 00:00

DMA概述

    DMA是一种无需CPU的参加就可以让外设与系统内存之间进行双向数据传输的硬件机制。它可以使系统CPU从实际的I/O数据传输过程中摆脱出来,大大提高系统的吞吐率,并且在传输期间,CPU还可以并发执行其他任务。


DMA与cache的一致性

    cache用作CPU针对内存的缓存,避免CPU每一次都要与相对来说慢点的内存交互数据,从而来提高数据的访问速率,而DMA可以用作内存与外设之间传输数据的方式,数据不需要经过CPU周转。


    “假设设备驱动程序把一些数据填充到内存缓冲区中,然后立刻命令硬件设备利用DMA传送方式读取该数据。如果DMA访问这些物理RAM内存单元,而相应的硬件高速缓存行的内容还没有写入RAM中,那么硬件设备所读取的至就是内存缓冲区中的旧值。”


现在有两种方法来处理DMA缓冲区:

一致性DMA映射:

    书上讲的比较抽象,通俗地说就是任何对DMA缓冲区的改写都会直接更新到内存中,也称之为“同步的”或者“一致的”。


流式DMA映射:

    根据个人的理解,这里的流即输入输出流,我们需要事先指定DMA缓冲区的方向。

    启动一次流式DMA数据传输分为如下步骤(本DMA驱动开发介绍仅适合S3C2410处理器类型):


1.分配DMA缓冲区

    在DMA设备不采用S/G(分散/聚集)模式的情况下,必须保证缓冲区是物理上连续的,linux内核有两个函数用来分配连续的内存:kmalloc()和__get_free_pages()。这两个函数都有分配连续内存的最大值,kmalloc以分配字节为单位,最大约为64KB,__get_free_pages()以分配页为单位,最大能分配2^order数目的页,order参数的最大值由include/linux/Mmzone.h文件中的MAX_ORDER宏决定(在默认的2.6.18内核版本中,该宏定义为10。也就是说在理论上__get_free_pages函数一次最多能申请1<<10 * 4KB也就是4MB的连续物理内存,在Xilinx Zynq Linux内核中,该宏定义为11)。


2. 建立流式映射

    在对DMA冲区进行读写访问之后,且在启动DMA设备传输之前,启用dma_map_single()函数建立流式DMA映射,这两个函数接受缓冲区的线性地址作为其参数并返回相应的总线地址。


3. 释放流式映射

    当DMA传输结束之后我们需要释放该映射,这时调用dma_unmap_single()函数。


注意:

(1). 为了避免高速缓存一致性问题,驱动程序在开始从RAM到设备的DMA数据传输之前,如果有必要,应该调用dma_sync_single_for_device()函数刷新与DMA缓冲区对应的高速缓存行。


(2). 从设备到RAM的一次DMA数据传送完成之前设备驱动程序是不可以访问内存缓冲区的,但如果有必要的话,驱动程序在读缓冲区之前,应该调用dma_sync_single_for_cpu()函数使相应的硬件高速缓存行无效。


(3). 虽然kmalloc底层也是用__get_free_pages实现的,不过kmalloc对应的释放缓冲区函数为kfree,而__get_free_pages对应的释放缓冲区函数为free_pages。具体与__get_free_pages有关系的几个申请与释放函数如下:


申请函数:

alloc_pages(gfp_mask,order)返回第一个所分配页框描述符的地址,或者如果分配失败则返回NULL__get_free_pages(gfp_mask,order)类似于alloc_pages(),但它返回第一个所分配页的线性地址。如果需要获得线性地址对应的页框号,那么需要调用virt_to_page(addr)宏产生线性地址。


释放函数:

__free_pages(page,order)这里主要强调page是要释放缓冲区的线性首地址所在的页框号free_pages(page,order)这个函数类似于__free_pages(page,order),但是它接收的参数为要释放的第一个页框的线性地址addr


DMA驱动主要数据结构:

1DMA单个内核缓冲区数据结构:

typedef struct dma_buf_s {int size; /* buffer size:缓冲大小 */dma_addr_t dma_start; /* starting DMA address :缓冲区起始物理地址*/int ref; /* number of DMA references 缓冲区起始虚拟地址*/void *id; /* to identify buffer from outside 标记 */int write; /* 1: buf to write , 0: buf to read DMA读还是写*/struct dma_buf_s *next; /* next buf to process 指向下一个缓冲区结构*/} dma_buf_t;


2DMA寄存器数据结构:

/* DMA control register structure */typedef struct {volatile u_long DISRC;/源地址寄存器volatile u_long DISRCC;//源控制寄存器volatile u_long DIDST;//目的寄存器volatile u_long DIDSTC;//目的控制寄存器volatile u_long DCON;//DMA控制寄存器volatile u_long DSTAT;//状态寄存器volatile u_long DCSRC;//当前源volatile u_long DCDST;//当前目的volatile u_long DMASKTRIG;//触发掩码寄存器} dma_regs_t;


3DMA设备数据结构

/* DMA device structre */typedef struct {dma_callback_t callback;//DMA操作完成后的回调函数,在中断处理例程中调用u_long dst;//目的寄存器内容u_long src;//源寄存器内容u_long ctl;//此设备的控制寄存器内容u_long dst_ctl;//目的控制寄存器内容u_long src_ctl;//源控制寄存器内容} dma_device_t;


4DMA通道数据结构

/* DMA channel structure */typedef struct {dmach_t channel;//通道号:可为0,1,2,3unsigned int in_use; /* Device is allocated 设备是否已*/const char *device_id; /* Device name 设备名*/dma_buf_t *head; /* where to insert buffers 该DMA通道缓冲区链表头*/dma_buf_t *tail; /* where to remove buffers该DMA通道缓冲区链表尾*/dma_buf_t *curr; /* buffer currently DMA'ed该DMA通道缓冲区链表中的当前缓冲区*/unsigned long queue_count; /* number of buffers in the queue 链表中缓冲区个数*/int active; /* 1 if DMA is actually processing data 该通道是否已经在使用*/dma_regs_t *regs; /* points to appropriate DMA registers 该通道使用的DMA控制寄存器*/int irq; /* IRQ used by the channel //通道申请的中断号*/dma_device_t write; /* to write //执行读操作的DMA设备*/dma_device_t read; /* to read 执行写操作的DMA设备*/} s3c2410_dma_t;


DMA驱动主要函数功能分析:

    写一个DMA驱动的主要工作包括:DMA通道申请、DMA中断申请、控制寄存器设置、挂入DMA等待队列、清除DMA中断、释放DMA通道.

int s3c2410_request_dma(const char *device_id, dmach_t channel,dma_callback_t write_cb, dma_callback_t read_cb) (s3c2410_dma_queue_buffer);

函数描述:申请某通道的DMA资源,填充s3c2410_dma_t 数据结构的内容,申请DMA中断。


输入参数:device_id DMA 设备名;channel 通道号;

write_cb DMA写操作完成的回调函数;

read_cb DMA读操作完成的回调函数


输出参数:若channel通道已使用,出错返回;否则,返回0


int s3c2410_dma_queue_buffer(dmach_t channel, void *buf_id,dma_addr_t data, int size, int write) (s3c2410_dma_stop);

函数描述:这是DMA操作最关键的函数,它完成了一系列动作:分配并初始化一个DMA内核缓冲区控制结构,并将它插入DMA等待队列,设置DMA控制寄存器内容,等待DMA操作触发


输入参数:channel 通道号;buf_id,缓冲区标识

dma_addr_t data DMA数据缓冲区起始物理地址;

size DMA数据缓冲区大小;

write 是写还是读操作


输出参数:操作成功,返回0;否则,返回错误号


int s3c2410_dma_stop(dmach_t channel)

函数描述:停止DMA操作。


int s3c2410_dma_flush_all(dmach_t channel)

函数描述:释放DMA通道所申请的所有内存资源


void s3c2410_free_dma(dmach_t channel)

函数描述:释放DMA通道


    因为各函数功能强大,一个完整的DMA驱动程序中一般只需调用以上3个函数即可。可在驱动初始化中调用s3c2410_request_dma,开始DMA传输前调用s3c2410_dma_queue_buffer,释放驱动模块时调用s3c2410_free_dma。


·················· END ··················

点击关注公众号,回复【1024】免费领学习资料


推荐阅读
所有原创
Linux驱动
粉丝问答
C语言
从0学ARM
计算机网络


一口Linux 写点代码,写点人生!
评论
  • 习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记
    youyeye 2024-12-09 08:53 73浏览
  • 自20世纪60年代问世以来,光耦合器彻底改变了电子系统实现电气隔离和信号传输的方式。通过使用光作为传输信号的媒介,光耦合器消除了直接电气连接的需求,确保了安全性和可靠性。本文记录了光耦合器技术的发展,重点介绍了关键创新、挑战以及这一不可或缺组件的未来发展。 过去:起源和早期应用光耦合器的发明源于处理高压或嘈杂环境的系统对安全电气隔离的需求。早期的光耦合器由LED和光电晶体管的简单组合组成,可提供可靠的隔离,但具有明显的局限性:低速:早期的光耦合器速度慢,频率响应有限,不适合高速数字通信
    腾恩科技-彭工 2024-12-06 16:28 140浏览
  • 2024年12月09日 环洋市场咨询机构出版了一份详细的、综合性的调研分析报告【全球电机控制系统芯片 (SoC)行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2024-2030】。本报告研究全球电机控制系统芯片 (SoC)总体规模,包括产量、产值、消费量、主要生产地区、主要生产商及市场份额,同时分析电机控制系统芯片 (SoC)市场主要驱动因素、阻碍因素、市场机遇、挑战、新产品发布等。报告从电机控制系统芯片 (SoC)产品类型细分、应用细分、企业、地区等角度,进行定量和定性分析,包括产量、产值、均价
    GIRtina 2024-12-09 11:32 75浏览
  • “SPI转CAN-FD”是嵌入式开发领域的常用方法,它极大地促进了不同通信接口之间的无缝连接,并显著降低了系统设计的复杂性。飞凌嵌入式依托瑞芯微RK3562J处理器打造的OK3562J-C开发板因为内置了SPI转CAN-FD驱动,从而原生支持这一功能。该开发板特别设计了一组SPI引脚【P8】,专为SPI转CAN-FD应用而引出,为用户提供了极大的便利。MCP2518FD是一款在各行业中都有着广泛应用的CAN-FD控制器芯片,本文就将为大家介绍如何在飞凌嵌入式RK3562J开发板上适配MCP251
    飞凌嵌入式 2024-12-07 14:30 82浏览
  •   在外地五年,回家就是大清洁、大清理,忙活了一个多月,废旧物品实在太多太多!除了老旧或出故障了的家具家电外,就是以前职业生涯养成的研究分析习惯而收留和拆解下的电子电器电脑整机、部件、零件、材料、辅料等等。  家具家电不说了,说说保留的各种各样机械、电器、电气、电子类的吧!有好有坏,扔又舍不得,满满的回忆,历史的烙印。留又没有用,拆解做分析和学习是忙不过来的了,加之,到如今个人做拆解的学习目的已经淡化了,也是因为用不着了。以前是研究学习和促进废物利用,理想也梦想能唤起循环使用产业链,结论是根本不
    自做自受 2024-12-08 22:59 151浏览
  • 随着各行各业对可靠、高效电子元件的需求不断增长,国产光耦合器正成为全球半导体市场的重要参与者。这些元件利用先进的制造工艺和研究驱动的创新,弥补了高性能和可负担性之间的差距。本文探讨了国产光耦合器日益突出的地位,重点介绍了其应用和技术进步。 关键技术进步国产光耦合器制造商在提高性能和多功能性方面取得了重大进展。高速光耦合器现在能够处理快速数据传输,使其成为电信和工业自动化中不可或缺的一部分。专为电力电子设计的栅极驱动器光耦合器可确保电动汽车和可再生能源逆变器等高压系统的精确控制。采用碳化
    克里雅半导体科技 2024-12-06 16:34 154浏览
  • 光耦合器以其提供电气隔离的能力而闻名,广泛应用于从电源到通信系统的各种应用。尽管光耦合器非常普遍,但人们对其特性和用途存在一些常见的误解。本文将揭穿一些最常见的误解,以帮助工程师和爱好者做出更明智的决策。 误解1:光耦合器的使用寿命较短事实:虽然光耦合器内部的LED会随着时间的推移而退化,但LED材料和制造工艺的进步已显著提高了其使用寿命。现代光耦合器的设计使用寿命为正常工作条件下的数十年。适当的热管理和在推荐的电流水平内工作可以进一步延长其使用寿命。误解2:光耦合器对于现代应用来说太
    腾恩科技-彭工 2024-12-06 16:29 182浏览
  • 进入11月中下旬,智能手机圈再度热闹起来。包括华为、小米、OPPO、vivo等诸多手机厂商,都在陆续预热发布新机,其中就包括华为Mate 70、小米Redmi K80、vivo的S20,IQOO Neo10等热门新机,这些热门新机的集中上市迅速吸引了全行业的目光。而在诸多手机厂商集体发布新机的背后,是智能手机行业的“触底反弹”。据机构数据显示,2024年第三季度,中国智能手机市场出货量约为6878万台,同比增长3.2%,连续四个季度保持同比增长,显然新一轮手机换机潮已在加速到来。憋了三年,国内智
    刘旷 2024-12-09 10:43 74浏览
  • 在驾驶培训与考试的严谨流程中,EST580驾培驾考系统扮演着至关重要的数据角色。它不仅集成了转速监控、车速管理、转向角度测量、转向灯光控制以及手刹与安全带状态检测等多项功能,还通过高精度的OBD数据采集器实时捕捉车辆运行状态,确保学员在模拟及实际驾驶中的每一步操作都精准无误。EST580驾培驾考转速车速转向角转向灯光手刹安全带OBD数据采集器系统的重要性及其功能:1、提高评判效率:通过原车CAN协议兼容,不同车型通过刷写固件覆盖,不仅提高了考试的数字化、自动化程度,还减少了人为干预的安装需要,从
    lauguo2013 2024-12-09 16:51 37浏览
  • 光耦合器对于确保不同电路部分之间的电气隔离和信号传输至关重要。通过防止高压干扰敏感元件,它们可以提高安全性和可靠性。本指南将指导您使用光耦合器创建一个简单的电路,介绍其操作的基本原理和实际实施。光耦合器的工作原理光耦合器包含一个LED和一个光电晶体管。当LED接收到信号时,它会发光,激活光电晶体管,在保持隔离的同时传输信号。这使其成为保护低功耗控制电路免受高压波动影响的理想选择。组件和电路设置对于这个项目,我们将使用晶体管输出光耦合器(例如KLV2002)。收集以下组件:光耦合器、1kΩ电阻(输
    克里雅半导体科技 2024-12-06 16:34 226浏览
  • 开发板在默认情况下,OpenHarmony系统开机后 30 秒会自动息屏,自动息屏会让不少用户感到麻烦,触觉智能教大家两招轻松取消自动息屏。使用触觉智能Purple Pi OH鸿蒙开发板演示,搭载了瑞芯微RK3566四核处理器,Laval鸿蒙社区推荐开发板,已适配全新OpenHarmony5.0 Release系统,SDK源码全开放!SDK源码中修改修改以下文件参数:base/powermgr/power_manager/services/native/profile/power_mode_co
    Industio_触觉智能 2024-12-09 11:39 63浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦