如何在Linux驱动中使用DMA

在Linux驱动中使用DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）可以显著提高数据传输效率，因为它允许设备直接与系统内存进行数据交换，而不需要CPU的干预。以下是在Linux驱动中使用DMA的基本步骤：

1. 检查硬件支持

首先，确保你的硬件设备支持DMA，并且你的Linux内核版本也支持该设备的DMA功能。

2. 分配DMA缓冲区

使用dma_alloc_coherent()函数来分配DMA兼容的内存缓冲区。这个函数会返回一个物理地址和一个虚拟地址，这两个地址都可以用于DMA传输。

#include <linux/dma-mapping.h>

void *virt_addr;
dma_addr_t phys_addr;
size_t size = 1024; // 缓冲区大小

virt_addr = dma_alloc_coherent(dev, size, &phys_addr, GFP_KERNEL);
if (!virt_addr) {
    pr_err("Failed to allocate DMA buffer\n");
    return -ENOMEM;
}

3. 配置DMA传输

使用dmaengine_prep_slave_sg()或dmaengine_prep_dma_cyclic()等函数来配置DMA传输。这些函数会设置DMA控制器的传输参数。

#include <linux/dmaengine.h>

struct dma_async_tx_descriptor *desc;
struct scatterlist sglist;

// 初始化sglist
sg_init_table(&sglist, 1);
sg_dma_address(&sglist) = phys_addr;
sg_dma_len(&sglist) = size;

// 配置DMA传输
desc = dmaengine_prep_slave_sg(chan, &sglist, 1, DMA_MEM_TO_DEV, DMA_PREP_INTERRUPT);
if (!desc) {
    pr_err("Failed to prepare DMA transfer\n");
    dma_free_coherent(dev, size, virt_addr, phys_addr);
    return -EBUSY;
}

4. 启动DMA传输

使用dmaengine_submit()函数提交DMA传输请求，并使用dma_async_issue_pending()函数启动传输。

dma_cookie_t cookie;

cookie = dmaengine_submit(desc);
if (dma_submit_error(cookie)) {
    pr_err("Failed to submit DMA transfer\n");
    dmaengine_terminate_all(chan);
    dma_free_coherent(dev, size, virt_addr, phys_addr);
    return -EBUSY;
}

dma_async_issue_pending(chan);

5. 处理DMA中断

在你的驱动程序中注册一个中断处理程序来处理DMA传输完成的中断。

irqreturn_t dma_irq_handler(int irq, void *dev_id) {
    // 处理DMA中断
    pr_info("DMA transfer completed\n");
    return IRQ_HANDLED;
}

// 注册中断处理程序
request_irq(dma_irq, dma_irq_handler, IRQF_SHARED, "dma_irq", dev);

6. 释放DMA资源

在驱动程序卸载时，释放分配的DMA缓冲区和注销中断处理程序。

void cleanup_dma_resources(void) {
    free_irq(dma_irq, dev);
    dmaengine_terminate_all(chan);
    dma_free_coherent(dev, size, virt_addr, phys_addr);
}

注意事项

内存对齐：DMA缓冲区通常需要对齐到特定的边界（例如，4KB或更大）。
错误处理：确保在每个步骤中正确处理错误情况。
同步：在DMA传输完成之前，确保CPU不会访问相关的内存区域。

通过以上步骤，你可以在Linux驱动中有效地使用DMA来提高数据传输效率。