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Linux内核下DMA相关函数运用​

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一、DMA 介绍（直接存储器访问）​

DMA(Direct Memory Access，直接内存存取) 是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU 的大量中断负载。否则，CPU 需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器，然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中，CPU 对于其他的工作来说就无法使用。​

DMA 传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间。当CPU 初始化这个传输动作，传输动作本身是由 DMA 控制器来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，反而可以被重新排程去处理其他的工作。DMA 传输对于高效能 嵌入式系统算法和网络是很重要的。​

在实现DMA传输时，是由DMA控制器直接掌管总线，因此，存在着一个总线控制权转移问题。即DMA传输前，CPU要把总线控制权交给DMA控制器，而在结束DMA传输后，DMA控制器应立即把总线控制权再交回给CPU。一个完整的DMA传输过程必须经过DMA请求、DMA响应、DMA传输、DMA结束4个步骤。​

  1. 请求​CPU对DMA控制器初始化，并向I/O接口发出操作命令，I/O接口提出DMA请求。​
  2. 响应​DMA控制器对DMA请求判别优先级及屏蔽，向总线裁决逻辑提出总线请求。当CPU执行完当前总线周期即可释放总线控制权。此时，总线裁决逻辑输出总线应答，表示DMA已经响应，通过DMA控制器通知I/O接口开始DMA传输。​
  3. 传输​DMA控制器获得总线控制权后，CPU即刻挂起或只执行内部操作，由DMA控制器输出读写命令，直接控制RAM与I/O接口进行DMA传输。​
    在DMA控制器的控制下，在存储器和外部设备之间直接进行数据传送，在传送过程中不需要中央处理器的参与。开始时需提供要传送的数据的起始位置和数据长度。​

当完成规定的成批数据传送后，DMA控制器即释放总线控制权，并向I/O接口发出结束信号。当I/O接口收到结束信号后，一方面停 止I/O设备的工作，另一方面向CPU提出中断请求，使CPU从不介入的状态解脱，并执行一段检查本次DMA传输操作正确性的代码。最后，带着本次操作结果及状态继续执行原来的程序。​

由此可见，DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为RAM与I/O设备开辟一条直接传送数据的通路，使CPU的效率大为提高。​

二、Linux下内核DMA相关函数介绍​

2.1 分配一块物理地址连续的内存​

static inline void *dma_alloc_writecombine(struct device *dev, size_t size,dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag)​

  • 功能介绍:分配一块物理地址连续的内存，供后续DMA传输使用。​
  • 函数参数:struct device *dev : 传入设备指针，没有填NULL。
    size_t size : 分配的空间大小。
    dma_addr_t *dma_handle :存放分配之后的物理地址。
    gfp_t flag :分配的属性。常用: GFP_KERNEL
  • 返回值: 物理地址对应的虚拟地址，内核代码本身只能操作虚拟地址。​

2.2 释放分配的内存​

static inline void dma_free_writecombine(struct device *dev, size_t size,void *cpu_addr, dma_addr_t dma_handle)​

  • 功能介绍:释放之前申请的内存空间。​
  • 函数参数:​

struct device *dev : 传入设备指针，没有填NULL。​

size_t size : 释放空间的大小。​

dma_addr_t *dma_handle :空间的虚拟地址(dma_alloc_writecombine返回值)。​

dma_addr_t dma_handle :空间物理地址​

2.3 分配内存示例​

#include <linux/kernel.h>​

#include <linux/module.h>​

#include <linux/fs.h>​

#include <linux/uaccess.h>​

#include <linux/io.h>​

#include <linux/dma-mapping.h>​

#define BUF_SIZE (512*1024)​

static u32 src_phys; 存放分配的物理起始地址​

static unsigned char *src; //存放分配的虚拟起始地址​

static u8 buff[]="分配一块连续的物理地址,可供DMA使用";​

static int __init tiny4412_dma_dev_init(void) ​

/*分配一块连续的物理地址,可供DMA使用*/​

src=dma_alloc_writecombine(NULL,BUF_SIZE,&src_phys,GFP_KERNEL);​

if(src==NULL)​

printk("空间分配失败!\n");​

else​

printk("驱动安装成功!\n"); /*提示语句*/​

printk("分配的物理地址:0x%X\n",&src_phys);​

printk("分配的虚拟地址:0x%X\n",src);​

memcpy(src,buff,sizeof(buff));​

说明: Tiny4412开发板内存条大小为1G​

return 0;​

static void __exit tiny4412_dma_dev_exit(void) ​

if(src)​

printk("buff=%s\n",buff);​

/*释放分配的空间*/​

dma_free_writecombine(NULL,BUF_SIZE,src,src_phys);​

printk("驱动卸载成功!\n");​

module_init(tiny4412_dma_dev_init);​

module_exit(tiny4412_dma_dev_exit);​

MODULE_LICENSE("GPL");​

MODULE_AUTHOR("tiny4412 wbyq");​


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