原文出处:http://blog.chinaunix.net/uid-24148050-id-1667017.html
一、硬件布局
每个网卡(MAC)都有自己的专用DMA Engine,如上图的 TSEC 和 e1000 网卡intel82546。
上图中的红色线就是以太网数据流,DMA与DDR打交道需要其他模块的协助,如TSEC,PCI controller
以太网数据在 TSEC<-->DDR PCI_Controller<-->DDR 之间的流动,CPU的core是不需要介入的
只有在数据流动结束时(接收完、发送完),DMA Engine才会以外部中断的方式告诉CPU的core
二、DMA Engine
上面是DMA Engine的框图,以接收为例:
1.在System memory中为DMA开辟一端连续空间,用来BD数组 (一致性dma内存)
BD是给DMA Engine使用的,所以不同的设备,BD结构不同,但是大致都有状态、长度、指针3个成员。
2.初始化BD数组,status为E,length为0
在System memory中再开辟一块一块的内存,可以不连续,用来存放以太网包
将这些内存块的总线地址赋给buf(dma映射)
3.当MAC接收以太网数据流,放在了Rx FIFO中
4.当一个以太网包接收完全后,DMA engine依次做以下事情
fetch bd:开始一个个的遍历BD数组,直到当前BD状态为Empty为止
update bd:更新BD状态为Ready
move data:把数据从Rx FIFO中搬移到System Memory中dma映射的部分
generate interrupt:数据搬移完了,产生外部中断给cpu core
5.cpu core处理外部中断,此时以太网数据已经在System memory中dma映射的部分了
解除dma映射,更新bd状态为Empty
再开辟一端内存,将这块内存的总线地址赋给bd的指针字段
三、内核中DMA相关API
void *dma_alloc_cohrent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *dma_handle, int flag);
功能:分配一致性dma内存,返回这块内存的虚拟地址EA, 这块内存的物理地址保存在 dma_handle
dev: NULL也行
size: 分配空间的大小
dma_handle: 用来保存内存的总线地址(物理地址)
注意:一致性DMA映射,BD所占内存就是靠dma_alloc_cohrent来分配的。
dma_addr_t *dma_map_single(struct device *dev, void *buffer, size_t size, enum dma_data_direction);
功能:将一块连续的内存 buffer 映射为DMA内存来使用。映射后,CPU不能再操作这块 buffer
返回:这块buffer的总线地址(物理地址)
dev: NULL也行
buffer: 一块连续内存的虚拟地址EA
size: 连续内存的大小
dma_data_direction: dma数据流的方向
注意:流式DMA映射,以太网包所占内存先通过kmalloc来分配,然后通过dma_map_single来映射给bd的
四、e1000驱动中的DMA
网卡驱动中使用DMA的套路差不多都一样,以e1000驱动为例讲一下(TSEC驱动的dma见这里)
4.1 加载e1000网卡驱动
e1000_probe(){ //主要是初始化钩子函数
netdev = alloc_etherdev(sizeof(struct e1000_adapter));
netdev->open = &e1000_open; //重要
netdev->stop = &e1000_close;
netdev->hard_start_xmit = &e1000_xmit_frame;
netdev->get_stats = &e1000_get_stats;
netdev->set_multicast_list = &e1000_set_multi;
netdev->set_mac_address = &e1000_set_mac;
netdev->change_mtu = &e1000_change_mtu;
netdev->do_ioctl = &e1000_ioctl;
e1000_set_ethtool_ops(netdev);
netdev->tx_timeout = &e1000_tx_timeout;
netdev->watchdog_timeo = 5 * HZ;
#ifdef CONFIG_E1000_NAPI
netif_napi_add(netdev, &adapter->napi, e1000_clean, 64); //重要
#endif
}
4.1 启动e1000网卡
e1000_open() //当用户敲ifconfig up命令时,最终调用网卡驱动的open函数
-->e1000_setup_all_rx_resources(adapter)
-->e1000_setup_rx_resources(adapter, &adapter->rx_ring[i])
//给rx bd分配一致性dma内存
rxdr->desc = pci_alloc_consistent(pdev, rxdr->size, &rxdr->dma);
-->e1000_configure(adapter)
-->e1000_configure_rx(adapter)
adapter->clean_rx = e1000_clean_rx_irq;
adapter->alloc_rx_buf = e1000_alloc_rx_buffers;
-->调用 adapter->alloc_rx_buf钩子函数,即 e1000_alloc_rx_buffers
--> skb = netdev_alloc_skb(netdev, bufsz); //调用kmalloc新建一个skb
buffer_info->dma = pci_map_single(pdev,
skb->data,
adapter->rx_buffer_len,
PCI_DMA_FROMDEVICE); //给skb->data建立DMA映射
rx_desc->buffer_addr = cpu_to_le64(buffer_info->dma);//初始化bd的buf指针
-->e1000_request_irq(adapter);
//挂rx 中断ISR函数为 e1000_intr()
最终bd数据结构应该是下面这个样子
4.2 e1000的中断
注意:e1000产生rx中断时,以太网数据包已经在系统内存中,即在skb->data里面
下面的中断处理过程就简略了,详细的看这里
do_IRQ()
{
中断上半部
调用e1000网卡的rx中断函数 e1000_intr()
触发软中断 (使用NAPI的话)
中断下半部
依次调用软中断的所有handler
在net_rx_action中最终调用e1000的napi_struct.poll()钩子函数,即e1000_clean
e1000_clean()最终调用 e1000_clean_rx_irq()
}
e1000_clean_rx_irq()
{
rx_desc = E1000_RX_DESC(*rx_ring, i); //获取rx bd
status = rx_desc->status;
skb = buffer_info->skb;
buffer_info->skb = NULL;
pci_unmap_single(pdev, //解除skb->data的DMA映射
buffer_info->dma,
buffer_info->length,
PCI_DMA_FROMDEVICE);
length = le16_to_cpu(rx_desc->length);
length -= 4; //以太网包的FCS校验就不要了
skb_put(skb, length);
skb->protocol = eth_type_trans(skb, netdev);
netif_receive_skb(skb); //skb进入协议栈
}