2021年07月21日 | 24.Linux-2440下的DMA驱动

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,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

#include

#include

#include

#include

#include    

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#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    ;          //0x4b0000c0

    unsigned 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                 dest_virt[i] =  source_virt[i];

             if(memcmp(dest_virt, source_virt, S3C_DMA_SIZE)==0)

           {

         printk("NORMAL_COPY OKn");

                return 0;

         }

         else

        {

         printk("NORMAL_COPY ERRORn");

               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 OKn");