S3C2410的linux 下DMA驅(qū)動程序開發(fā)

本文將包括如下內(nèi)容：

DMA驅(qū)動主要函數(shù)功能
驅(qū)動中關(guān)鍵技術(shù)分析
具體的DMA實例分析
申明：本DMA驅(qū)動開發(fā)介紹僅適合S3C2410處理器類型，分析源碼為韓國MIZI研究中心維護(hù)的dma驅(qū)動代碼： linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.h，linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.c，其它處理器平臺DMA開發(fā)可比對此文，自行分析。

DMA驅(qū)動主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.h）
S3C2410有四通道DMA，每通道有9個控制寄存器：6個控制寄存器控制DMA傳輸，其它3個監(jiān)視DMA控制器狀態(tài)。

（1）DMA單個內(nèi)核緩沖區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

typedef struct dma_buf_s {

int size;

dma_addr_t dma_start;

int ref;

void *id;

int write;

struct dma_buf_s *next;

} dma_buf_t;

（2）DMA寄存器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

typedef struct {

volatile u_long DISRC;/源地址寄存器

volatile u_long DISRCC;//源控制寄存器

volatile u_long DIDST;//目的寄存器

volatile u_long DIDSTC;//目的控制寄存器

volatile u_long DCON;//DMA控制寄存器

volatile u_long DSTAT;//狀態(tài)寄存器

volatile u_long DCSRC;//當(dāng)前源

volatile u_long DCDST;//當(dāng)前目的

volatile u_long DMASKTRIG;//觸發(fā)掩碼寄存器

} dma_regs_t;

（3）DMA設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

typedef struct {

dma_callback_t callback;//DMA操作完成后的回調(diào)函數(shù)，在中斷處理例程中調(diào)用

u_long dst;//目的寄存器內(nèi)容

u_long src;//源寄存器內(nèi)容

u_long ctl;//此設(shè)備的控制寄存器內(nèi)容

u_long dst_ctl;//目的控制寄存器內(nèi)容

u_long src_ctl;//源控制寄存器內(nèi)容

} dma_device_t;

（4）DMA通道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

typedef struct {

dmach_t channel;//通道號：可為0，1，2，3

unsigned int in_use;

const char *device_id;

dma_buf_t *head;

dma_buf_t *tail;

dma_buf_t *curr;

unsigned long queue_count;

int active;

dma_regs_t *regs;

int irq;

dma_device_t write;

dma_device_t read;

} s3c2410_dma_t;

以下分配了四個DMA通道：

s3c2410_dma_t dma_chan[MAX_S3C2410_DMA_CHANNELS];

每個DMA通道維護(hù)著一個多緩沖區(qū)組成的單鏈表等待隊列，執(zhí)行DMA操作時先更新DMA通道控制寄存器內(nèi)容，再依次摘取當(dāng)前緩沖區(qū)投入使用，緩沖區(qū)頭指針順次前移；需要插入新的緩沖區(qū)時，可從head或tail插入；

DMA驅(qū)動主要函數(shù)功能分析（linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.c）
寫一個DMA驅(qū)動的主要工作包括：DMA通道申請、DMA中斷申請、控制寄存器設(shè)置、掛入DMA等待隊列、清除DMA中斷、釋放DMA通道。Dma.c中對這些工作作了很好的實現(xiàn)，以下具體分析關(guān)鍵函數(shù)：

int s3c2410_request_dma(const char *device_id, dmach_t channel,
dma_callback_t write_cb, dma_callback_t read_cb) (s3c2410_dma_queue_buffer);

函數(shù)描述：申請某通道的DMA資源，填充s3c2410_dma_t 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，申請DMA中斷。

輸入?yún)?shù)：device_id DMA 設(shè)備名；channel 通道號；

write_cb DMA寫操作完成的回調(diào)函數(shù)；read_cb DMA讀操作完成的回調(diào)函數(shù)

輸出參數(shù)：若channel通道已使用，出錯返回；否則，返回0

int s3c2410_dma_queue_buffer(dmach_t channel, void *buf_id,
dma_addr_t data, int size, int write) (s3c2410_dma_stop);

函數(shù)描述：這是DMA操作最關(guān)鍵的函數(shù)，它完成了一系列動作：分配并初始化一個DMA內(nèi)核緩沖區(qū)控制結(jié)構(gòu)，并將它插入DMA等待隊列，設(shè)置DMA控制寄存器內(nèi)容，等待DMA操作觸發(fā)

輸入?yún)?shù)： channel 通道號；buf_id,緩沖區(qū)標(biāo)識

dma_addr_t data DMA數(shù)據(jù)緩沖區(qū)起始物理地址；size DMA數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小；write 是寫還是讀操作

輸出參數(shù)：操作成功，返回0；否則，返回錯誤號

int s3c2410_dma_stop(dmach_t channel)
函數(shù)描述：停止DMA操作。

int s3c2410_dma_flush_all(dmach_t channel)
函數(shù)描述：釋放DMA通道所申請的所有內(nèi)存資源

void s3c2410_free_dma(dmach_t channel)
函數(shù)描述：釋放DMA通道

因為各函數(shù)功能強(qiáng)大，一個完整的DMA驅(qū)動程序中一般只需調(diào)用以上3個函數(shù)即可。可在驅(qū)動初始化中調(diào)用s3c2410_request_dma，開始DMA傳輸前調(diào)用s3c2410_dma_queue_buffer，釋放驅(qū)動模塊時調(diào)用s3c2410_free_dma。

具體的DMA實例分析
Linux下的IIS音頻驅(qū)動主要都在/kernel/drivers/sound/s3c2410-uda1341.c文件中。它定義了2個重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)audio_bufer_t, 管理audio緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；audio_stream_t 管理多緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它為音頻流數(shù)據(jù)組成了一個環(huán)形緩沖區(qū)。

我們先看一下加載驅(qū)動模塊時的初始化函數(shù)：int __init s3c2410_uda1341_init(void)，該函數(shù)先初始化IO和UDA341芯片，然后語句s3c2410_request_dma("I2SSDO", s->dma_ch, audio_dmaout_done_callback, NULL);申請了一個DMA通道用于輸出音頻數(shù)據(jù)；

smdk2410_audio_write是音頻驅(qū)動最關(guān)鍵的函數(shù)，它從用戶進(jìn)程中拷貝音頻數(shù)據(jù)流至DMA內(nèi)核緩沖區(qū)，然后適用DMA通道2把音頻數(shù)據(jù)發(fā)送出去，從而輸出聲音。我們可以在smdk2410_audio_write 中發(fā)現(xiàn)語句s3c2410_dma_queue_buffer(s->dma_ch, (void *) b,b->dma_addr, b->size, DMA_BUF_WR);就是它為DMA寫操作作好了一切準(zhǔn)備，當(dāng)I2SSDO中斷到來，DMA2通道執(zhí)行一次寫操作（從DMA緩沖寫往IO地址0x55000010）。

smdk2410_audio_release函數(shù)中先后調(diào)用了s3c2410_dma_flush_all、s3c2410_free_dma釋放DMA2占用的內(nèi)存資源、和釋放DMA2通道。

后記
DMA操作直接關(guān)系到CPU性能的提升，s3c2410提供了4個DMA通道可實現(xiàn)無約束的系統(tǒng)總線（AHB）或者外設(shè)總線之間（APB）的數(shù)據(jù)傳輸，功能強(qiáng)大。