第 27 课 DMA 驱动程序_dma驱动开发

第1节 DMA的引入

直接存储器存取(DMADirect Memory Access)方式是用硬件实现存储器与存储器之间或存储器与I\O设备之间直接进行高速数据传送，不需要CPU的干预。这种方式通常用来传送数据块。可以认为DMA是一个半智能化的控制器，专门负责数据在存储设备间的传输工作。

注意：这里DMA的外部启动有一个例子：音频接口I2S的数据传输
当外部的MIC接收到数据后，会将数据首先存储在其内部的FIFO缓冲区，之后向DMA递交一个数据拷贝请求（源：就是I2S的FIFO，目的：就是目标存储器），最后由DMA控制器完成数据的拷贝工作，期间CPU不参与。

第2节 DMA驱动程序的编写

思路：一个简单的例子：在内存中完成数据从 “源” 到 “目的” 的拷贝。
用两种方式实现：使用DMA和不使用DMA。最后比较差别。
方式：以字符设备驱动程序为模板来实现，用字符设备驱动程序中的ioctl函数来实现内存数据的复制功能。

按照字符设备驱动的常规5步来进行编写代码。

1. 确定主设备号：

2. 构造file_operations结构体，利用ioctl 函数来帮我们完成内存数据拷贝的任务

我们要做的事情是先分配一块可操作的缓冲区，然后进行数据拷贝操作；

这里需要注意的是：分配缓冲区的时候不能用kmalloc()函数！！

因为kmalloc()函数分配的内存虽然在虚拟地址上连续，但是其物理地址并不连续。

如果想用DMA操作内存，就必须得到连续的物理内存！！

分配方法：

用什么函数分配连续的物理内存？

函数的原型：

3. 向内核注册。为了让内核帮我们自动创建设备节点，还需要创建设备类：

创建类：

之后在类下创建设备：

4. 入口、出口函数：

到这里整个框架就已经写好了。

重点在于如何实现ioctl()函数的内存拷贝功能。
1）首先使用常规操作（非DMA）


这里的ioctl()函数根据cmd命令参数来进行不同的操作。

注意：这里首先需要对之前分配好的内存进行设置：

2）使用DMA操作进行数据拷贝

使用DMA的方法就是看懂2440中的DMA控制器寄存器含义，然后通过寄存器的设置将“源 目的 和长度”告诉DMA控制器，然后启动即可。

2440DMA的控制寄存器一共有4个通道，每个通道都有一组寄存器进行控制：

DMA传输一启动，就会从 源 中得到字节数据，之后便立即将数据写入 目的 中。



下面分析DMA寄存器：重要的几个寄存器
1）DMA源相关的控制寄存器


2）DMA目的 相关的寄存器


由于DMA的寄存器数量太多（1个通道由9个寄存器控制），一个一个ioremap太麻烦。因此这里采用先定义一个结构体，然后直接映射的方法：
定义寄存器相关的结构体：

之后定义DMA各通道寄存器的基地址：

最后在入口函数中进行寄存器地址映射：

现在假设调用ioctl()函数后使用DMA操作：
把 源，目的，长度 告诉DMA控制器
前几个寄存器相对设置简单，DMA控制寄存器DCON参数较多，做以下解释：

选择Demand 模式，置位1；

由于实验在内存中完成，因此选择同步至HCLK时钟，设置为1；



置为1；



这里我们将DSZ设置为0（1字节）。


接下来设置DMASKTRIG寄存器启动DMA；

如何知道DMA什么时候完成？？
DMA传输完成后会产生一个中断，因此需要注册一个中断来接收DMA发来的中断信号。

这里的中断号是在irqs.h中找到的：

但是需要注意的是：如果内核中已经使用了dma中断的话，我们是不能再次注册的，进入内核查看所有中断：


再次查看中断号后发现只能使用DMA3。
这里的请求中断和端口映射都需要改：


之后在入口函数中申请irq中断：

这里在中间如果没有申请成功目的内存，也要释放该irq中断：

最后在出口函数中释放之前申请的所有资源：

注意：这里可以引入“休眠-唤醒”机制：在入口函数中启动了DMA之后休眠；之后在DMA中断处理函数s3c_dma_irq()函数中唤醒：
①首先声明一个队列和事件标志：

②之后在启动DMA后休眠：

③在DMA的中断处理函数中唤醒

注意：“休眠-唤醒”的工作流程：
休眠后程序在休眠处停止执行，直到产生中断后在中断处理程序中将程序再次唤醒，唤醒后程序又会在之前休眠的地方继续往下执行。

编译后出现警告：

显示dma_free_writecombine函数未定义，参考LCD的程序发现是有关dma的一个头文件没有添加的缘故，

添加头文件后编译生成.ko文件—>/work/nfs_root/first_fs

5. 编写测试程序

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <string.h>

/* ./dma_test nodma
 * ./dma_test dma
 */
#define MEM_CPY_NO_DMA  0
#define MEM_CPY_DMA     1

void print_usage(char *name)
{
	printf("Usage:\n");
	printf("%s <nodma | dma>\n", name);
}
int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	 	if (argc != 2)
	{
		print_usage(argv[0]);
		return -1;
	}
	fd = open("/dev/dma", O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		printf("can't open /dev/dma\n");
		return -1;
	}

	if (strcmp(argv[1], "nodma") == 0)
	{
		while (1)
		{
			ioctl(fd, MEM_CPY_NO_DMA);
		}
	}
	else if (strcmp(argv[1], "dma") == 0)
	{
		while (1)
		{
			ioctl(fd, MEM_CPY_DMA);
		}
	}
	else
	{
		print_usage(argv[0]);
		return -1;
	}
	return 0; 	
}
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这里有一个小技巧：如果在写程序的时候忘记了调用了某个函数需要包含的头文件，则可以在Linux系统中输入 “man + 函数名” 的方式查询：

这里的2指的是函数的参数个数。

之后上传至服务器中编译：

6. 测试

1）首先测试不使用DMA的情况：

应用程序在后台调用ioctl 进行数据的拷贝操作，在此过程中CPU全程都在参与数据的拷贝过程，一直消耗CPU资源，因此此时其他应用程序是不能够被有效执行的，或者说会出现很卡顿的情况。

2）测试使用DMA的情况：

传入相应的参数后，进入内核态执行ioctl函数中的dma分支，dma控制寄存器参数被设置好以后启动dma，启动之后CPU就不再介入数据的传输过程，期间CPU可以去执行其他程序，直到dma将数据拷贝完成产生中断信号才会通知CPU去处理。

输入了相应命令后并没有执行dma操作，没有打印出内存数据拷贝的结果，也就是说一直没有中断唤醒，应该是代码中有关dma寄存器设置的代码出现了问题：

7. 内核函数简单介绍

目前编写的操作DMA的程序是通过设置相应的DMA控制寄存器来进行数据的读写。但是实际上在内核中已经提供了完整的操作DMA的函数。
以声卡驱动的例子来看: s3c2410-uda1341.c