S3C2410的linux下DMA驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)

網(wǎng)上介紹LINUX下的一般驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)示例浩如煙海，或是因?yàn)楹?jiǎn)單，關(guān)于DMA驅(qū)動(dòng)的介紹卻寥寥無幾；近期zhaoyang因工作需要，花了幾日時(shí)間開發(fā)了某設(shè)備在S3C2410處理器Linux下DMA通信的驅(qū)動(dòng)程序，有感于剛接手時(shí)無資料借鑒的茫然，故寫點(diǎn)介紹，期待能給有DMA開發(fā)任務(wù)的網(wǎng)友們一點(diǎn)幫助。
本文將包括如下內(nèi)容：
DMA驅(qū)動(dòng)主要函數(shù)功能 驅(qū)動(dòng)中關(guān)鍵技術(shù)分析 具體的DMA實(shí)例分析
申明：本DMA驅(qū)動(dòng)開發(fā)介紹僅適合S3C2410處理器類型，分析源碼為韓國(guó)MIZI研究中心維護(hù)的dma驅(qū)動(dòng)代碼： linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.h，linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.c，其它處理器平臺(tái)DMA開發(fā)可比對(duì)此文，自行分析。

DMA驅(qū)動(dòng)主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.h）
S3C2410有四通道DMA，每通道有9個(gè)控制寄存器：6個(gè)控制寄存器控制DMA傳輸，其它3個(gè)監(jiān)視DMA控制器狀態(tài)。
（1）DMA單個(gè)內(nèi)核緩沖區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
typedef struct dma_buf_s {
int size; /* buffer size：緩沖大小 */
dma_addr_t dma_start; /* starting DMA address ：緩沖區(qū)起始物理地址*/
int ref; /* number of DMA references 緩沖區(qū)起始虛擬地址*/
void *id; /* to identify buffer from outside 標(biāo)記 */
int write; /* 1: buf to write , 0: buf to read DMA讀還是寫*/
struct dma_buf_s *next; /* next buf to process 指向下一個(gè)緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)*/
} dma_buf_t;
（2）DMA寄存器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
/* 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;//狀態(tài)寄存器
volatile u_long DCSRC;//當(dāng)前源
volatile u_long DCDST;//當(dāng)前目的
volatile u_long DMASKTRIG;//觸發(fā)掩碼寄存器
} dma_regs_t;
（3）DMA設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
/* DMA device structre */
typedef struct {
dma_callback_t callback;//DMA操作完成后的回調(diào)函數(shù)，在中斷處理例程中調(diào)用
u_long dst;//目的寄存器內(nèi)容
u_long src;//源寄存器內(nèi)容
u_long ctl;//此設(shè)備的控制寄存器內(nèi)容
u_long dst_ctl;//目的控制寄存器內(nèi)容
u_long src_ctl;//源控制寄存器內(nèi)容
} dma_device_t;
（4）DMA通道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
/* DMA channel structure */
typedef struct {
dmach_t channel;//通道號(hào)：可為0，1，2，3
unsigned int in_use; /* Device is allocated 設(shè)備是否已*/
const char *device_id; /* Device name 設(shè)備名*/
dma_buf_t *head; /* where to insert buffers 該DMA通道緩沖區(qū)鏈表頭*/
dma_buf_t *tail; /* where to remove buffers該DMA通道緩沖區(qū)鏈表尾*/
dma_buf_t *curr; /* buffer currently DMA'ed該DMA通道緩沖區(qū)鏈表中的當(dāng)前緩沖區(qū)*/
unsigned long queue_count; /* number of buffers in the queue 鏈表中緩沖區(qū)個(gè)數(shù)*/
int active; /* 1 if DMA is actually processing data 該通道是否已經(jīng)在使用*/
dma_regs_t *regs; /* points to appropriate DMA registers 該通道使用的DMA控制寄存器*/
int irq; /* IRQ used by the channel //通道申請(qǐng)的中斷號(hào)*/
dma_device_t write; /* to write //執(zhí)行讀操作的DMA設(shè)備*/
dma_device_t read; /* to read 執(zhí)行寫操作的DMA設(shè)備*/
} s3c2410_dma_t;
以下分配了四個(gè)DMA通道：
s3c2410_dma_t dma_chan[MAX_S3C2410_DMA_CHANNELS];
每個(gè)DMA通道維護(hù)著一個(gè)多緩沖區(qū)組成的單鏈表等待隊(duì)列，執(zhí)行DMA操作時(shí)先更新DMA通道控制寄存器內(nèi)容，再依次摘取當(dāng)前緩沖區(qū)投入使用，緩沖區(qū)頭指針順次前移；需要插入新的緩沖區(qū)時(shí)，可從head或tail插入；
DMA驅(qū)動(dòng)主要函數(shù)功能分析（linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.c）
寫一個(gè)DMA驅(qū)動(dòng)的主要工作包括：DMA通道申請(qǐng)、DMA中斷申請(qǐng)、控制寄存器設(shè)置、掛入DMA等待隊(duì)列、清除DMA中斷、釋放DMA通道。Dma.c中對(duì)這些工作作了很好的實(shí)現(xiàn)，以下具體分析關(guān)鍵函數(shù)：
int s3c2410_request_dma(const char *device_id, dmach_t channel, [/list]
dma_callback_t write_cb, dma_callback_t read_cb) (s3c2410_dma_queue_buffer);
函數(shù)描述：申請(qǐng)某通道的DMA資源，填充s3c2410_dma_t 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，申請(qǐng)DMA中斷。
輸入?yún)?shù)：device_id DMA 設(shè)備名；channel 通道號(hào)；
write_cb DMA寫操作完成的回調(diào)函數(shù)；read_cb DMA讀操作完成的回調(diào)函數(shù)
輸出參數(shù)：若channel通道已使用，出錯(cuò)返回；否則，返回0
int s3c2410_dma_queue_buffer(dmach_t channel, void *buf_id, [/list]
dma_addr_t data, int size, int write) (s3c2410_dma_stop);
函數(shù)描述：這是DMA操作最關(guān)鍵的函數(shù)，它完成了一系列動(dòng)作：分配并初始化一個(gè)DMA內(nèi)核緩沖區(qū)控制結(jié)構(gòu)，并將它插入DMA等待隊(duì)列，設(shè)置DMA控制寄存器內(nèi)容，等待DMA操作觸發(fā)
輸入?yún)?shù)： channel 通道號(hào)；buf_id,緩沖區(qū)標(biāo)識(shí)
dma_addr_t data DMA數(shù)據(jù)緩沖區(qū)起始物理地址；size DMA數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小；write 是寫還是讀操作
輸出參數(shù)：操作成功，返回0；否則，返回錯(cuò)誤號(hào)
int s3c2410_dma_stop(dmach_t channel) [/list]
函數(shù)描述：停止DMA操作。
int s3c2410_dma_flush_all(dmach_t channel) [/list]
函數(shù)描述：釋放DMA通道所申請(qǐng)的所有內(nèi)存資源
void s3c2410_free_dma(dmach_t channel) [/list]
函數(shù)描述：釋放DMA通道
因?yàn)楦骱瘮?shù)功能強(qiáng)大，一個(gè)完整的DMA驅(qū)動(dòng)程序中一般只需調(diào)用以上3個(gè)函數(shù)即可。可在驅(qū)動(dòng)初始化中調(diào)用s3c2410_request_dma，開始DMA傳輸前調(diào)用s3c2410_dma_queue_buffer，釋放驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)調(diào)用s3c2410_free_dma。
具體的DMA實(shí)例分析
Linux下的IIS音頻驅(qū)動(dòng)主要都在/kernel/drivers/sound/s3c2410-uda1341.c文件中。它定義了2個(gè)重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)audio_bufer_t, 管理audio緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；audio_stream_t 管理多緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它為音頻流數(shù)據(jù)組成了一個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)。
我們先看一下加載驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)的初始化函數(shù)：int __init s3c2410_uda1341_init(void)，該函數(shù)先初始化IO和UDA341芯片，然后語句s3c2410_request_dma("I2SSDO", s->dma_ch, audio_dmaout_done_callback, NULL);申請(qǐng)了一個(gè)DMA通道用于輸出音頻數(shù)據(jù)；
smdk2410_audio_write是音頻驅(qū)動(dòng)最關(guān)鍵的函數(shù)，它從用戶進(jìn)程中拷貝音頻數(shù)據(jù)流至DMA內(nèi)核緩沖區(qū)，然后適用DMA通道2把音頻數(shù)據(jù)發(fā)送出去，從而輸出聲音。我們可以在smdk2410_audio_write 中發(fā)現(xiàn)語句s3c2410_dma_queue_buffer(s->dma_ch, (void *) b,b->dma_addr, b->size, DMA_BUF_WR);就是它為DMA寫操作作好了一切準(zhǔn)備，當(dāng)I2SSDO中斷到來，DMA2通道執(zhí)行一次寫操作（從DMA緩沖寫往IO地址0x55000010）。
smdk2410_audio_release函數(shù)中先后調(diào)用了s3c2410_dma_flush_all、s3c2410_free_dma釋放DMA2占用的內(nèi)存資源、和釋放DMA2通道。
后記
DMA操作直接關(guān)系到CPU性能的提升，s3c2410提供了4個(gè)DMA通道可實(shí)現(xiàn)無約束的系統(tǒng)總線（AHB）或者外設(shè)總線之間（APB）的數(shù)據(jù)傳輸，功能強(qiáng)大。