Linux驅動如何實現DMA傳輸

在Linux中，DMA（Direct Memory Access）傳輸是一種允許硬件設備直接訪問系統內存的技術，從而避免了CPU的干預，提高了數據傳輸效率。實現DMA傳輸通常涉及以下幾個步驟：

1. DMA硬件配置：

   • 確保你的硬件設備支持DMA，并且已經正確連接到DMA控制器。
   • 配置DMA控制器的寄存器，設置傳輸的方向（從設備到內存或從內存到設備）、傳輸的內存地址、傳輸的字節數等。

2. 內核模塊開發：

   • 編寫一個Linux內核模塊來管理DMA傳輸。
   • 在內核模塊中，使用DMA API來分配DMA緩沖區、提交DMA傳輸請求、處理DMA中斷等。

3. DMA緩沖區分配：

   • 使用dma_alloc_coherent()函數來分配DMA緩沖區。這個函數會返回一個物理地址和一個虛擬地址，物理地址用于DMA傳輸，虛擬地址用于CPU訪問。

   dma_addr_t dma_addr;
   void *buffer;
   int ret;
   
   buffer = dma_alloc_coherent(&pdev->dev, size, &dma_addr, GFP_KERNEL);
   if (!buffer) {
       dev_err(&pdev->dev, "Failed to allocate DMA buffer\n");
       return -ENOMEM;
   }
   

4. 提交DMA傳輸請求：

   • 使用dmaengine_prep_slave_sg()或dmaengine_prep_dma_cyclic()函數來準備DMA傳輸。
   • dmaengine_prep_slave_sg()用于單次傳輸，dmaengine_prep_dma_cyclic()用于循環傳輸。

   struct dma_async_tx_descriptor *desc;
   struct scatterlist sg;
   
   sg_init_one(&sg, buffer, size);
   desc = dmaengine_prep_slave_sg(chan, &sg, 1, DMA_MEM_TO_DEV, DMA_PREP_INTERRUPT);
   if (!desc) {
       dev_err(&pdev->dev, "Failed to prepare DMA descriptor\n");
       dma_free_coherent(&pdev->dev, size, buffer, dma_addr);
       return -EBUSY;
   }
   

5. 啟動DMA傳輸：

   • 使用dmaengine_submit()函數提交DMA傳輸請求，并啟動傳輸。

   dma_cookie_t cookie = dmaengine_submit(desc);
   if (dma_submit_error(cookie)) {
       dev_err(&pdev->dev, "Failed to submit DMA transfer\n");
       dmaengine_terminate_all(chan);
       dma_free_coherent(&pdev->dev, size, buffer, dma_addr);
       return -EBUSY;
   }
   

6. 處理DMA中斷：

   • 在DMA傳輸完成后，硬件會觸發一個中斷。你需要編寫一個中斷處理函數來處理這個中斷。
   • 在中斷處理函數中，使用dmaengine_tx_status()函數來檢查傳輸狀態，并釋放DMA緩沖區。

   irqreturn_t dma_irq_handler(int irq, void *dev_id) {
       struct my_device *dev = dev_id;
       struct dma_chan *chan = dev->dma_chan;
       struct dma_tx_state state;
       enum dma_status status;
   
       status = dmaengine_tx_status(chan, cookie, &state);
       if (status == DMA_COMPLETE) {
           // DMA傳輸完成，處理數據
           // ...
   
           // 釋放DMA緩沖區
           dma_free_coherent(&pdev->dev, size, buffer, dma_addr);
       }
   
       return IRQ_HANDLED;
   }
   

7. 注冊中斷處理函數：

   • 使用request_irq()函數注冊中斷處理函數。

   ret = request_irq(dev->irq, dma_irq_handler, IRQF_SHARED, "my_dma_irq", dev);
   if (ret) {
       dev_err(&pdev->dev, "Failed to request IRQ\n");
       dmaengine_terminate_all(chan);
       dma_free_coherent(&pdev->dev, size, buffer, dma_addr);
       return ret;
   }
   

通過以上步驟，你可以在Linux內核模塊中實現DMA傳輸。請注意，具體的實現細節可能會因硬件設備和DMA控制器的不同而有所差異。建議參考相關硬件和DMA控制器的文檔以獲取更詳細的信息。