linux dma api

Linux DMA（Direct Memory Access）API 是一组用于在Linux内核中管理DMA传输的接口。DMA允许硬件设备直接与系统内存进行数据交换，而不需要CPU的干预，从而提高系统的整体性能。

基础概念

DMA控制器：负责管理DMA传输的硬件设备。 DMA缓冲区：用于DMA传输的内存区域。 DMA映射：将物理地址映射到内核虚拟地址的过程。

类型

单次传输：一次性传输固定大小的数据。
循环传输：重复传输相同的数据块。
分散/聚集传输：将多个小数据块合并成一个大块进行传输，或反之。

应用场景

网络设备：如网卡，用于高效处理大量数据包。
存储设备：如硬盘控制器，加速文件读写操作。
图形卡：GPU通过DMA与显存交换数据。

遇到的问题及解决方法

问题1：DMA映射失败

原因：可能是由于内存不足或权限问题导致的。

解决方法：

struct dma_chan *chan = dma_request_channel(mask, filter_fn, filter_param);
if (!chan) {
    printk(KERN_ERR "Failed to request DMA channel\n");
    return -ENODEV;
}

dma_addr_t dma_handle;
void *virt_addr = dma_alloc_coherent(chan->device->dev, size, &dma_handle, GFP_KERNEL);
if (!virt_addr) {
    printk(KERN_ERR "Failed to allocate DMA buffer\n");
    dma_release_channel(chan);
    return -ENOMEM;
}

问题2：DMA传输中断处理不当

原因：中断处理程序可能没有正确地释放资源或更新状态。

解决方法：

irqreturn_t dma_isr(int irq, void *dev_id) {
    struct dma_device *dev = dev_id;
    // 处理中断逻辑
    dma_ack_interrupt(dev);
    return IRQ_HANDLED;
}

int dma_setup_isr(struct dma_device *dev, int irq) {
    return request_irq(irq, dma_isr, IRQF_SHARED, dev_name(&dev->dev), dev);
}

示例代码

以下是一个简单的DMA传输示例：

#include <linux/dmaengine.h>
#include <linux/dma-mapping.h>

struct dma_chan *chan;
dma_addr_t dma_src, dma_dst;
void *src, *dst;

int setup_dma(void) {
    chan = dma_request_channel(DMA_MEMCPY_MASK, NULL, NULL);
    if (!chan) {
        printk(KERN_ERR "Failed to request DMA channel\n");
        return -ENODEV;
    }

    src = kmalloc(BUFFER_SIZE, GFP_KERNEL);
    dst = kmalloc(BUFFER_SIZE, GFP_KERNEL);
    if (!src || !dst) {
        printk(KERN_ERR "Failed to allocate memory\n");
        dma_release_channel(chan);
        return -ENOMEM;
    }

    dma_src = dma_map_single(chan->device->dev, src, BUFFER_SIZE, DMA_TO_DEVICE);
    dma_dst = dma_map_single(chan->device->dev, dst, BUFFER_SIZE, DMA_FROM_DEVICE);

    struct dma_async_tx_descriptor *desc = dmaengine_prep_dma_memcpy(chan, dma_dst, dma_src, BUFFER_SIZE, DMA_CTRL_ACK | DMA_PREP_INTERRUPT);
    if (!desc) {
        printk(KERN_ERR "Failed to prepare DMA memcpy\n");
        dma_unmap_single(chan->device->dev, dma_src, BUFFER_SIZE, DMA_TO_DEVICE);
        dma_unmap_single(chan->device->dev, dma_dst, BUFFER_SIZE, DMA_FROM_DEVICE);
        kfree(src);
        kfree(dst);
        dma_release_channel(chan);
        return -EFAULT;
    }

    dmaengine_submit(desc);
    dma_async_issue_pending(chan);

    return 0;
}

通过以上代码，可以实现基本的DMA内存拷贝操作。