1.DMA(Direct Memory Access)
即直接存储器访问， DMA 传输方式无需 CPU 直接控制传输，通过硬件为 RAM 、I/O 设备开辟一条直接传送数据的通路，能使 CPU 的效率大为提高。
学了这么多驱动，不难推出DMA的编写套路:
1)注册DMA中断,分配缓冲区
2)注册字符设备,并提供文件操作集合fops
-> 2.1)file_operations里设置DMA硬件相关操作,来启动DMA
由于我们是用字符设备的测试方法测试的，而本例子只是用两个地址之间的拷贝来演示DMA的作用，所以采用字符设备方式编写
2.驱动编写之前,先来讲如何分配释放缓冲区、DMA相关寄存器介绍、使用DMA中断
2.1在linux中,分配释放DMA缓冲区,常用以下几个函数
1)
/*该函数只禁止cache缓冲,保持写缓冲区,也就是对注册的物理区写入数据,也会更新到对应的虚拟缓存区上*/void *dma_alloc_writecombine(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp); //分配DMA缓存区//返回值为:申请到的DMA缓冲区的虚拟地址,若为NULL,表示分配失败,需要释放,避免内存泄漏//参数如下: //*dev:指针,这里填0,表示这个申请的缓冲区里没有内容 //size:分配的地址大小(字节单位) //*handle:申请到的物理起始地址 //gfp:分配出来的内存参数,标志定义在<linux/gfp.h>,常用标志如下: //GFP_ATOMIC 用来从中断处理和进程上下文之外的其他代码中分配内存. 从不睡眠. //GFP_KERNEL 内核内存的正常分配. 可能睡眠. //GFP_USER 用来为用户空间页来分配内存; 它可能睡眠.
2)
/*该函数禁止cache缓存以及禁止写入缓冲区,从而使CPU读写的地址和DMA读写的地址内容一致*/void * dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp); //分配DMA缓存区,返回值和参数和上面的函数一直
3)
dma_free_writecombine(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t handle); //释放DMA缓存，与dma_alloc_writecombine()对应//size:释放长度//cpu_addr:虚拟地址,//handle:物理地址
4)
dma_free_coherent(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t handle) //释放DMA缓存，与dma_alloc_coherent ()对应//size:释放长度//cpu_addr:虚拟地址,//handle:物理地址
(PS: dma_free_writecombine()其实就是dma_free_conherent(),只不过是用了#define重命名而已。)
而我们之前用的内存分配kmalloc()函数,是不能用在DMA上,因为分配出来的内存在物理地址上是不连续的（在虚拟地址上连续）.
2.2 那么2440开发板如何来启动DMA，先来看2440的DMA寄存器
(PS:实际这些DMA相关的寄存器,在linux内核中三星已封装好了,可以直接调用,不过非常麻烦,还不如直接设置寄存器,可以参考: http://blog.csdn.net/mirkerson/article/details/6632273)
2.2.1 2440支持4个通道的DMA控制器
其中4个通道的DMA外设请求源,如下图所示(通过DCONn寄存器的[26:24]来设置)
（PS:如果请求源是系统总线上的,就只需要设置DCONn寄存器的[23]=0即可）
2.2.2 且每个通道都可以处理以下4种情况:
1) 源和目标都在系统总线上(比如:两个物理内存地址)
2) 当目标在外设总线上时,源在系统总线上(外设指:串口,定时器,I2C,I2S等)
3) 当目标在系统总线上时,源在外设总线上
4) 源和目标都在外设总线上
2.2.3 DMA有两种工作模式(通过DCONn寄存器的[28]来设置)
查询模式:
当DMA请求XnXDREQ为低电平时,则DMA会一直传输数据,直到DMA请求拉高,才停止
握手模式:
当DMA请求XnXDREQ有下降沿触发时,则DMA会传输一次数据
2.2.4 DMA有两种传输模式(通过DCONn寄存器的[31]来设置)
单元传输:
指传输过程中,每执行一次,则读1次,写1次.(如上图所示)
突发4传输:
指传输过程中,每执行一次,则读4次,然后写4次(如下图所示)
2.2.5 2440中的DMA寄存器如下图所示:
共有4个通道的寄存器,且每个通道的寄存器内容都一致,所以我们以DMA通道0为例:
1)DISRC0初始源寄存器
[30:0] : 存放DMA源的基地址
2)DISRCC0初始源控制寄存器
[1] : 源位置选择,0:源在系统总线上, 1:源在外设总线上
[0] : 源地址选择,0:传输时源地址自动增加, 1:源地址固定
3)DIDST0初始目标寄存器
[30:0] : 设置DMA目的的基地址
4)DIDSTC0初始目标控制寄存器
[2] : 中断时间选择, 0:当DMA传输计数=0,立即发生中断 1:执行完自动加载后再发送中断(也就是计数为0,然后重新加载计数值)
[1] : 目的位置选择, 0:目的在系统总线上, 1:目的在外设总线上
[0] : 目的地址选择, 0:传输时目的地址自动增加, 1:目的地址固定
5)DCON0控制寄存器
[31] : 工作模式选择, 0:查询模式 1:握手模式 (当源处于外设时,尽量选择握手模式)
[30] : 中断请求(DREQ)/中断回应(DACK)的同步时钟选择, 0:PCLK同步 1:HCLK同步
(PS:如果有设备在HCLK上,该位应当设为1,比如:(SDRAM)内存数组, 反之当这些设备在PCLK上,应当设为0,比如:ADC,IIS,I2C,UART)
[29] : DMA传输计数中断使能/禁止 0：禁止中断 1:当传输完成后,产生中断
[28] : 传输模式选择, 0:单元传输 1:突发4传输
[27] : 传输服务模式
0:单服务模式,比如:有2个DMA请求,它们会被顺序执行一次(单元传输/突发4传输)后停止，然后直到有下一次DMA请求,再重新开始另一次循环。
1:全服务模式,指该DMA若有请求,则会占用DMA总线,一直传输,期间若有其它DMA请求,只有等待传输计数TC为0,才会执行其它DMA请求
[26:24] : DMA外设请求源选择
[23] : 软件/硬件请求源选择 0:软件请求 1:硬件请求(还需要设置[26:24]来选择外设源)
[22] : 重新加载开关选项 为0即可
[21:20] : 传输数据大小 为00(8位)即可
[19:0] : 设置DMA传输的计数TC
6)DSTAT0状态寄存器
[21:20] : DMA状态 00:空闲 01:忙
[19:0] : 传输计数当前值CURR_TC 为0表示传输结束
7)DCSRC0当前源寄存器
[30:0] : 存放DMA当前的源基地址
8)DCDST0当前目标寄存器
[30:0] : 存放DMA当前的目的基地址
9)DMASKTRIG0触发屏蔽寄存器
[2] : 停止STOP 该位写1,立刻停止DMA当前的传输
[1] : DMA通道使能 0:关闭DMA的通道0(禁止DMA请求) 1:开启DMA的通道0(开启DMA请求)
[0] : 软件请求触发 1:表示启动一次软件请求DMA,只有DCONn[23]=0和DMASKTRIGn[1]=1才有效,DMA传输时,该位自动清0
2.3接下来就开始讲linux注册DMA中断
首先,DMA的每个通道只能有一个源- >目的,所以输入命令 cat /proc/interrupts ,找到DMA3中断未被使用
所以在linux中使用:
request_irq(IRQ_DMA3, s3c_dma_irq, NULL, "s3c_dma", 1);// s3c_dma_irq:中断服务函数,这里注册DMA3中断服务函数//NULL:中断产生类型, 不需要,所以填NULL//1:表示中断时,传入中断函数的参数,本节不需要所以填1,切记不能填0,否则注册失败
3.接下来,我们便来写一个DMA的字符设备驱动
步骤如下:
1) 注册DMA中断,分配两个DMA缓冲区(源、目的)
2) 注册字符设备,并提供文件操作集合fops
-> 2.1) 通过ioctl的cmd来判断是使用DMA启动两个地址之间的拷贝,还是直接两个地址之间的拷贝
-> 2.2)若是DMA启动,则设置DMA的相关硬件,并启动DMA传输
#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/init.h>#include <linux/delay.h>#include <linux/irq.h> #include <asm/irq.h>#include <asm/arch/regs-gpio.h>#include <asm/hardware.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/io.h>#include <linux/dma-mapping.h>#define S3C_DMA_SIZE 512*1024 //DMA传输长度 512KB#define NORMAL_COPY 0 //两个地址之间的正常拷贝#define DMA_COPY 1 //两个地址之间的DMA拷贝/*函数声明*/static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(s3c_dma_queue); //声明等待队列static int s3c_dma_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long flags);
/*
* 定义中断事件标志
* 0:进入等待队列 1:退出等待队列
*/ static int s3c_dma_even=0;static unsigned char *source_virt; //源虚拟地址static unsigned int source_phys; //源物理地址static unsigned char *dest_virt; //目的虚拟地址static unsigned int dest_phys; //目的虚拟地址/*DMA3寄存器*/struct S3c_dma3_regs{unsigned int disrc3 ; //0x4b0000c0unsigned int disrcc3 ; unsigned int didst3 ; unsigned int didstc3 ; unsigned int dcon3 ; unsigned int dstat3 ; unsigned int dcsrc3 ; unsigned int dcdst3 ; unsigned int dmasktrig3; //0x4b0000e0};
static volatile struct S3c_dma3_regs *s3c_dma3_regs;/*字符设备操作*/static struct file_operations s3c_dma_fops={.owner = THIS_MODULE,.ioctl = s3c_dma_ioctl,};/*中断服务函数*/static irqreturn_t s3c_dma_irq (int irq, void *dev_id) {s3c_dma_even=1; //退出等待队列wake_up_interruptible(&s3c_dma_queue); //唤醒 中断return IRQ_HANDLED;}/*ioctl函数*/static int s3c_dma_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long flags){int i;memset(source_virt, 0xAA, S3C_DMA_SIZE); memset(dest_virt, 0x55, S3C_DMA_SIZE);
switch(cmd){case NORMAL_COPY: //正常拷贝
for(i=0;i<S3C_DMA_SIZE;i++) dest_virt[i] = source_virt[i]; if(memcmp(dest_virt, source_virt, S3C_DMA_SIZE)==0) { printk("NORMAL_COPY OK\n");return 0; } else{ printk("NORMAL_COPY ERROR\n"); return -EAGAIN;}
case DMA_COPY: //DMA拷贝s3c_dma_even=0; //进入等待队列/*设置DMA寄存器,启动一次DMA传输 *//* 源的物理地址 */s3c_dma3_regs->disrc3 = source_phys; /* 源位于AHB总线, 源地址递增 */
s3c_dma3_regs->disrcc3 = (0<<1) | (0<<0);/* 目的的物理地址 */s3c_dma3_regs->didst3 = dest_phys; /* 目的位于AHB总线, 目的地址递增 */s3c_dma3_regs->didstc3 = (0<<2) | (0<<1) | (0<<0); /* 使能中断,单个传输,软件触发, */s3c_dma3_regs->dcon3=(1<<30)|(1<<29)|(0<<28)|(1<<27)|(0<<23)|(0<<20)|(S3C_DMA_SIZE<<0); //启动一次DMA传输s3c_dma3_regs->dmasktrig3 = (1<<1) | (1<<0);
wait_event_interruptible(s3c_dma_queue, s3c_dma_even); //进入睡眠,等待DMA传输中断到来才退出if(memcmp(dest_virt, source_virt, S3C_DMA_SIZE)==0){ printk("DMA_COPY OK\n");return 0; }else{ printk("DMA_COPY ERROR\n"); return -EAGAIN; } break;}return 0;}static unsigned int major;static struct class *cls;static int s3c_dma_init(void){/*1.1 注册DMA3 中断 */if(request_irq(IRQ_DMA3, s3c_dma_irq,NULL, "s3c_dma",1)) {printk("Can't request_irq \"IRQ_DMA3\"!!!\n ");return -EBUSY;}/*1.2 分配两个DMA缓冲区(源、目的)*/source_virt=dma_alloc_writecombine(NULL,S3C_DMA_SIZE, &source_phys, GFP_KERNEL);if(source_virt==NULL)
{printk("Can't dma_alloc \n ");return -ENOMEM;
}
dest_virt=dma_alloc_writecombine(NULL,S3C_DMA_SIZE, &dest_phys, GFP_KERNEL);if(dest_virt==NULL)
{printk("Can't dma_alloc \n ");return -ENOMEM;
}
/*2.注册字符设备,并提供文件操作集合fops*/major=register_chrdev(0, "s3c_dma",&s3c_dma_fops);cls= class_create(THIS_MODULE, "s3c_dma");class_device_create(cls, NULL,MKDEV(major,0), NULL, "s3c_dma");s3c_dma3_regs=ioremap(0x4b0000c0, sizeof(struct S3c_dma3_regs));return 0; }static void s3c_dma_exit(void){iounmap(s3c_dma3_regs);class_device_destroy(cls, MKDEV(major,0));class_destroy(cls);dma_free_writecombine(NULL, S3C_DMA_SIZE, dest_virt, dest_phys);dma_free_writecombine(NULL, S3C_DMA_SIZE, source_virt, source_phys); free_irq(IRQ_DMA3, 1);}module_init(s3c_dma_init);module_exit(s3c_dma_exit);MODULE_LICENSE("GPL");3.2 应用测试程序如下所示:
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include <string.h>/* ./dma_test NORMAL
* ./dma_test DMA
*/#define NORMAL_COPY 0 //两个地址之间的正常拷贝#define DMA_COPY 1 //两个地址之间的DMA拷贝void print_usage(char *name){printf("Usage:\n");printf("%s <NORMAL | DMA>\n", name);}int main(int argc, char **argv){int fd,i=30;
if (argc != 2){print_usage(argv[0]);return -1;}fd = open("/dev/s3c_dma", O_RDWR);if (fd < 0){printf("can't open /dev/s3c_dma\n");return -1;}if (strcmp(argv[1], "NORMAL") == 0){while (i--) //调用驱动的ioctl()，30次{ioctl(fd, NORMAL_COPY);}}else if (strcmp(argv[1], "DMA") == 0){while (i--) //调用驱动的ioctl(),30次 {ioctl(fd, DMA_COPY);}}else{print_usage(argv[0]);return -1;}return 0; }4.测试运行
输入 ./dma_test NORMAL & ,使用CPU正常拷贝,可以发现占用了大部分资源,输入 ls 无反应:
输入./dma_test DMA & ,使用DMA拷贝,输入 ls 立马有反应,从而释放了CPU的压力:
