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我們已見(jiàn)到 get_free_pages 如何分配直到幾個(gè) MByte (由于 order 可以直到 MAX_ORDER, 當前是 11), 但是高級數的請求容易失敗當請求的緩沖遠遠小于 128 KB, 因為系統內存時(shí)間長(cháng)了變得碎裂.^[50]

當內核無(wú)法返回請求數量的內存或者當你需要多于 128 KB(例如, 一個(gè)通常的 PCI 幀抓取的請求), 一個(gè)替代返回 -ENOMEM的做法是在啟動(dòng)時(shí)分配內存或者保留物理 RAM 的頂部給你的緩沖. 我們在第 8 章的 "獲得大量緩沖" 一節描述在啟動(dòng)時(shí)間分配,但是它對模塊是不可用的. 保留 RAM 的頂部是通過(guò)在啟動(dòng)時(shí)傳遞一個(gè) mem= 參數給內核實(shí)現的. 例如, 如果你有 256 MB, 參數mem=255M 使內核不使用頂部的 MByte. 你的模塊可能后來(lái)使用下列代碼來(lái)獲得對這個(gè)內存的存取:

dmabuf = ioremap (0xFF00000 /* 255M */, 0x100000 /* 1M */);

分配器, 配合本書(shū)的例子代碼的一部分, 提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的 API 來(lái)探測和管理這樣的保留 RAM 并且已在幾個(gè)體系上被成功使用. 但是, 這個(gè)技巧當你有一個(gè)高內存系統時(shí)無(wú)效(即, 一個(gè)有比適合 CPU 地址空間更多的物理內存的系統 ).

當然, 另一個(gè)選項, 是使用 GFP_NOFAIL 來(lái)分配你的緩沖. 這個(gè)方法, 但是, 確實(shí)嚴重地對內存管理子系統有壓力, 并且它冒鎖住系統的風(fēng)險; 最好是避免除非確實(shí)沒(méi)有其他方法.

如果你分配一個(gè)大 DMA 緩沖到這樣的長(cháng)度, 但是, 值得想一下替代的方法. 如果你的設備可以做發(fā)散/匯聚 I/O,你可以分配你的緩沖以更小的片段并且讓設備做其他的. 發(fā)散/匯聚 I/O 也可以用當進(jìn)行直接 I/O 到用戶(hù)空間時(shí),它可能是最好地解決方法當需要一個(gè)真正大緩沖時(shí).

在嘗試 DMA 之前必須回答的第一個(gè)問(wèn)題是給定設備是否能夠在當前主機上做這樣的操作. 許多設備受限于它們能夠尋址的內存范圍,因為許多理由. 缺省地, 內核假定你的設備能夠對任何 32-位 地址進(jìn)行 DMA. 如果不是這樣, 你應當通知內核這個(gè)事實(shí), 使用一個(gè)調用:

 int dma_set_mask(struct device *dev, u64 mask);

mask 應當顯示你的設備能夠尋址的位; 如果它被限制到 24 位, 例如, 你要傳遞 mask 作為 0x0FFFFFF.返回值是非零如果使用給定的 mask 可以 DMA; 如果 dma_set_mask 返回 0, 你不能對這個(gè)設備使用 DMA 操作. 因此,設備的驅動(dòng)中的初始化代碼限制到 24-位 DMA 操作可能看來(lái)如:

if (dma_set_mask (dev, 0xffffff))card->use_dma = 1;else{card->use_dma = 0; /* We'll have to live without DMA */printk (KERN_WARN, "mydev: DMA not supported\n");}

再次, 如果你的設備支持正常的, 32-位 DMA 操作, 沒(méi)有必要調用 dma_set_mask.

一個(gè) DMA 映射是分配一個(gè) DMA 緩沖和產(chǎn)生一個(gè)設備可以存取的地址的結合. 它試圖使用一個(gè)簡(jiǎn)單的對 virt_to_bus的調用來(lái)獲得這個(gè)地址, 但是有充分的理由來(lái)避免那個(gè)方法. 它們中的第一個(gè)是合理的硬件帶有一個(gè) IOMMU 來(lái)為總線(xiàn)提供一套映射寄存器.IOMMU 可為任何物理內存安排來(lái)出現在設備可存取的地址范圍內, 并且它可使物理上散布的緩沖對設備看來(lái)是連續的. 使用 IOMMU需要使用通用的 DMA 層; virt_to_bus 不負責這個(gè)任務(wù).

注意不是所有的體系都有一個(gè) IOMMU; 特別的, 流行的 x86 平臺沒(méi)有 IOMMU 支持. 一個(gè)正確編寫(xiě)的驅動(dòng)不需要知道它在之上運行的 I/O 支持硬件, 但是.

為設備設置一個(gè)有用的地址可能也, 在某些情況下, 要求一個(gè)反彈緩沖的建立. 反彈緩沖是當一個(gè)驅動(dòng)試圖在一個(gè)外設不能達到的地址上進(jìn)行 DMA時(shí)創(chuàng )建的, 比如一個(gè)高內存地址. 數據接著(zhù)根據需要被拷貝到和從反彈緩沖. 無(wú)需說(shuō), 反彈緩沖的使用能拖慢事情, 但是有時(shí)沒(méi)有其他選擇.

DMA 映射也必須解決緩存一致性問(wèn)題. 記住現代處理器保持最近存取的內存區的拷貝在一個(gè)快速的本地緩沖中; 如果沒(méi)有這個(gè)緩存,合理的性能是不可能的. 如果你的設備改變主存一個(gè)區, 會(huì )強制使任何包含那個(gè)區的處理器緩存被失效; 負責處理器可能使用不正確的主存映象,并且導致數據破壞. 類(lèi)似地, 當你的設備使用 DMA 來(lái)從主存中讀取數據, 任何對那個(gè)駐留在處理器緩存的內存的改變必須首先被刷新.這些緩存一致性問(wèn)題可以產(chǎn)生無(wú)頭的模糊和難尋的錯誤, 如果編程者不小心. 一個(gè)體系在硬件中管理緩存一致性, 但是其他的要求軟件支持. 通用的DMA 層深入很多來(lái)保證在所有體系上事情都正確工作, 但是, 如同我們將見(jiàn)到的, 正確的行為要求符合一些規則.

DMA 映射設置一個(gè)新類(lèi)型, dma_addr_t, 來(lái)代表總線(xiàn)地址. 類(lèi)型 dma_addr_t 的變量應當被驅動(dòng)當作不透明的;唯一可允許的操作是傳遞它們到 DMA 支持過(guò)程和設備自身. 作為一個(gè)總線(xiàn)地址, dma_addr_t 可導致不期望的問(wèn)題如果被 CPU直接使用.

PCI 代碼在 2 類(lèi) DMA 映射中明顯不同, 依賴(lài) DMA 緩沖被期望停留多長(cháng)時(shí)間:

連貫的 DMA 映射. 這些映射常常在驅動(dòng)的生命期內存在. 一個(gè)連貫的緩沖必須是同時(shí)對 CPU 和外設可用(其他的映射類(lèi)型,如同我們之后將看到的, 在任何給定時(shí)間只對一個(gè)或另一個(gè)可用). 結果, 一致的映射必須在緩沖一致的內存. 一致的映射建立和使用可能是昂貴的.

流 DMA 映射. 流映射常常為一個(gè)單個(gè)操作建立. 一些體系當使用流映射時(shí)允許大的優(yōu)化, 如我們所見(jiàn),但是這些映射也服從一個(gè)更嚴格的關(guān)于如何存取它們的規則. 內核開(kāi)發(fā)者建議使用一致映射而不是流映射在任何可能的時(shí)候. 這個(gè)建議有 2 個(gè)原因.第一個(gè), 在支持映射寄存器的系統上, 每個(gè) DMA 映射在總線(xiàn)上使用它們一個(gè)或多個(gè). 一致映射, 有長(cháng)的生命周期, 可以長(cháng)時(shí)間獨占這些寄存器,甚至當它們不在使用時(shí). 另外一個(gè)原因是, 在某些硬件上, 流映射可以用無(wú)法在一致映射中使用的方法來(lái)優(yōu)化.

這 2 種映射類(lèi)型必須以不同的方式操作; 是時(shí)候看看細節了.

一個(gè)驅動(dòng)可以建立一個(gè)一致映射, 使用對 dma_alloc_coherent 的調用:

void *dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *dma_handle, int flag);

這個(gè)函數處理緩沖的分配和映射. 前 2 個(gè)參數是設備結果和需要的緩沖大小. 這個(gè)函數返回 DMA 映射的結果在 2 個(gè)地方.來(lái)自這個(gè)函數的返回值是緩沖的一個(gè)內核虛擬地址, 它可被驅動(dòng)使用; 其間相關(guān)的總線(xiàn)地址在 dma_handle 中返回.分配在這個(gè)函數中被處理以至緩沖被放置在一個(gè)可以使用 DMA 的位置; 常常地內存只是使用 get_free_pages來(lái)分配(但是注意大小是以字節計的, 而不是一個(gè) order 值). flag 參數是通常的 GFP_ 值來(lái)描述內存如何被分配; 常常應當是GFP_KERNEL (常常) 或者 GFP_ATOMIC (當在原子上下文中運行時(shí)).

當不再需要緩沖(常常在模塊卸載時(shí)), 它應當被返回給系統, 使用 dma_free_coherent:

void dma_free_coherent(struct device *dev, size_t size,void *vaddr, dma_addr_t dma_handle);

注意, 這個(gè)函數象許多通常的 DMA 函數, 需要提供所有的大小, CPU 地址, 和 總線(xiàn)地址參數.

一個(gè) DMA池 是分配小的, 一致DMA映射的分配機制. 從 dma_alloc_coherent 獲得的映射可能有一頁(yè)的最小大小.如果你的驅動(dòng)需要比那個(gè)更小的 DMA 區域, 你應當可能使用一個(gè) DMA 池. DMA 池也在這種情況下有用,當你可能試圖對嵌在一個(gè)大結構中的小區域進(jìn)行 DMA 操作. 一些非常模糊的驅動(dòng)錯誤已被追蹤到緩存一致性問(wèn)題, 在靠近小 DMA 區域的結構成員.為避免這個(gè)問(wèn)題, 你應當一直明確分配進(jìn)行 DMA 操作的區域, 和其他的非 DMA 數據結構分開(kāi).

DMA 池函數定義在 <linux/dmapool.h>.

一個(gè) DMA 池必須在使用前創(chuàng )建, 使用一個(gè)調用:

struct dma_pool *dma_pool_create(const char *name, struct device *dev,size_t size, size_t align,size_t allocation);

這里, name 是池的名子, dev 是你的設備結構, size 是要從這個(gè)池分配的緩沖區大小, align是來(lái)自池的分配要求的硬件對齊(以字節表達的), 以及 allocation是, 如果非零, 一個(gè)分配不應當越過(guò)的內存邊界. 如果allocation 以 4096 傳遞, 例如, 從池分配的緩沖不越過(guò) 4-KB 邊界.

當你用完一個(gè)池, 可被釋放, 用:

void dma_pool_destroy(struct dma_pool *pool);

你應當返回所有的分配給池, 在銷(xiāo)毀它之前. 分配被用 dma_pool_alloc 處理:

void *dma_pool_alloc(struct dma_pool *pool, int mem_flags, dma_addr_t *handle);

對這個(gè)調用, mem_flags 是常用的 GFP_ 分配標志的設置. 如果所有都進(jìn)行順利,一個(gè)內存區(大小是當池創(chuàng )建時(shí)指定的)被分配和返回. 至于 dam_alloc_coherent, 結果 DMA緩沖地址被返回作為一個(gè)內核虛擬地址, 并作為一個(gè)總線(xiàn)地址被存于 handle.

不需要的緩沖應當返回池, 使用:

void dma_pool_free(struct dma_pool *pool, void *vaddr, dma_addr_t addr);

流映射比一致映射有更復雜的接口, 有幾個(gè)原因. 這些映射行為使用一個(gè)由驅動(dòng)已經(jīng)分配的緩沖, 因此, 必須處理它們沒(méi)有選擇的地址. 在一些體系上, 流映射也可以有多個(gè)不連續的頁(yè)和多部分的"發(fā)散/匯聚"緩沖. 所有這些原因, 流映射有它們自己的一套映射函數.

當建立一個(gè)流映射時(shí), 你必須告知內核數據移向哪個(gè)方向. 一些符號(enum dam_data_direction 類(lèi)型)已為此定義:

可能在所有時(shí)間里試圖只使用 DMA_BIDIRECTIONAL, 但是驅動(dòng)作者應當抵擋住這個(gè)誘惑. 在一些體系上, 這個(gè)選擇會(huì )有性能損失.

當你有單個(gè)緩沖要發(fā)送, 使用 dma_map_single 來(lái)映射它:

dma_addr_t dma_map_single(struct device *dev, void *buffer, size_t size, enum dma_data_direction direction);

返回值是總線(xiàn)地址, 你可以傳遞到設備, 或者是 NULL 如果有錯誤.

一旦傳輸完成, 映射應當用 dma_unmap_single 來(lái)刪除:

void dma_unmap_single(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, size_t size, enum dma_data_direction direction);

這里, size 和 direction 參數必須匹配那些用來(lái)映射緩沖的.

一些重要的規則適用于流 DMA 映射:

你可能奇怪為什么一旦一個(gè)緩沖已被映射驅動(dòng)就不能再使用它. 為什么這個(gè)規則有意義實(shí)際上有 2 個(gè)原因. 第一, 當一個(gè)緩沖為 DMA而被映射, 內核必須確保緩沖中的所有的數據實(shí)際上已被寫(xiě)入內存. 有可能一些數據在處理器的緩存當 dma_unmap_single 被調用時(shí),并且必須被明確刷新. 被處理器在刷新后寫(xiě)入緩沖的數據可能對設備不可見(jiàn).

第二, 考慮一下會(huì )發(fā)生什么, 當被映射的緩沖在一個(gè)對設備不可存取的內存區. 一些體系在這種情況下完全失敗, 但是其他的創(chuàng )建一個(gè)反彈緩沖.反彈緩沖只是一個(gè)分開(kāi)的內存區, 它對設備可存取. 如果一個(gè)緩沖被映射使用 DMA_TO_DEVICE 方向, 并且要求一個(gè)反彈緩沖,原始緩沖的內容作為映射操作的一部分被拷貝. 明顯地, 在拷貝后的對原始緩沖的改變設備見(jiàn)不到. 類(lèi)似地, DMA_FROM_DEVICE反彈緩沖被 dma_unmap_single 拷回到原始緩沖; 來(lái)自設備的數據直到拷貝完成才出現.

偶然地, 為什么獲得正確方向是重要的, 反彈緩沖是一個(gè)原因. DMA_BIDIRECTIONAL 反彈緩沖在操作前后被拷貝, 這常常是一個(gè) CPU 周期的不必要浪費.

偶爾一個(gè)驅動(dòng)需要存取一個(gè)流 DMA 緩沖的內容而不映射它. 已提供了一個(gè)調用來(lái)做這個(gè):

void dma_sync_single_for_cpu(struct device *dev, dma_handle_t bus_addr, size_t size, enum dma_data_direction direction);

這個(gè)函數應當在處理器存取一個(gè)流 DMA 緩沖前調用. 一旦已做了這個(gè)調用, CPU "擁有" DMA 緩沖并且可以按需使用它. 在設備存取這個(gè)緩沖前, 但是, 擁有權應當傳遞回給它, 使用:

void dma_sync_single_for_device(struct device *dev, dma_handle_t bus_addr, size_t size, enum dma_data_direction direction);

處理器, 再一次, 在調用這個(gè)之后不應當存取 DMA 緩沖.

偶然地, 你可能想建立一個(gè)緩沖的映射, 這個(gè)緩沖你有一個(gè) struct page 指針; 例如, 這可能發(fā)生在使用 get_user_pages 映射用戶(hù)緩沖. 為建立和取消流映射使用 struct page 指針, 使用下面:

dma_addr_t dma_map_page(struct device *dev, struct page *page,unsigned long offset, size_t size,enum dma_data_direction direction);void dma_unmap_page(struct device *dev, dma_addr_t dma_address,size_t size, enum dma_data_direction direction);

offset 和 size 參數可被用來(lái)映射頁(yè)的部分. 但是, 建議部分頁(yè)映射應當避免, 除非你真正確信你在做什么. 映射一頁(yè)的部分可能導致緩存一致性問(wèn)題, 如果這個(gè)分配只覆蓋一個(gè)緩存線(xiàn)的一部分; 這, 隨之, 會(huì )導致內存破壞和嚴重的難以調試的錯誤.

發(fā)散/匯聚映射是一個(gè)特殊類(lèi)型的流 DMA 映射. 假設你有幾個(gè)緩沖, 都需要傳送數據到或者從設備. 這個(gè)情況可來(lái)自幾個(gè)方式, 包括從一個(gè)readv 或者 writev 系統調用, 一個(gè)成簇的磁盤(pán) I/O 請求, 或者一個(gè)頁(yè)鏈表在一個(gè)被映射的內核 I/O 緩沖.你可簡(jiǎn)單地映射每個(gè)緩沖, 輪流的, 并且進(jìn)行要求的操作, 但是有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)來(lái)一次映射整個(gè)鏈表.

許多設備可以接收一個(gè)散布表數組指針和長(cháng)度, 并且傳送它們全部在一個(gè) DMA 操作中; 例如,"零拷貝"網(wǎng)絡(luò )是更輕松如果報文在多個(gè)片中建立. 另一個(gè)映射發(fā)散列表為一個(gè)整體的理由是利用在總線(xiàn)硬件上有映射寄存器的系統. 在這樣的系統上,物理上不連續的頁(yè)從設備的觀(guān)點(diǎn)看可被匯集為一個(gè)單個(gè)的, 連續的數組. 這個(gè)技術(shù)只當散布表中的項在長(cháng)度上等于頁(yè)大小(除了第一個(gè)和最后一個(gè)),但是當它做這個(gè)工作時(shí), 它可轉換多個(gè)操作到一個(gè)單個(gè)的 DMA, 和有針對性的加速事情.

最后, 如果一個(gè)反彈緩沖必須被使用, 應該連接整個(gè)列表為一個(gè)單個(gè)緩沖(因為它在被以任何方式拷貝).

因此現在你確信散布表的映射在某些情況下是值得的. 映射一個(gè)散布表的第一步是創(chuàng )建和填充一個(gè) struct scatterlist 數組,它描述被傳輸的緩沖. 這個(gè)結構是體系依賴(lài)的, 并且在 <asm/scatterlist.h> 中描述. 但是, 它常常包含 3個(gè)成員:

為映射一個(gè)發(fā)散/匯聚 DMA 操作, 你的驅動(dòng)應當設置 page, offset, 和 length 成員在一個(gè) struct scatterlist 項給每個(gè)要被發(fā)送的緩沖. 接著(zhù)調用:

int dma_map_sg(struct device *dev, struct scatterlist *sg, int nents, enum dma_data_direction direction)

這里 nents 是傳入的散布表項的數目. 返回值是要發(fā)送的 DMA 緩沖的數目. 它可能小于 nents.

對于輸入散布表中的每個(gè)緩沖, dma_map_sg 決定了正確的給設備的總線(xiàn)地址. 作為任務(wù)的一部分, 它也連接在內存中相近的緩沖.如果你的驅動(dòng)運行的系統有一個(gè) I/O 內存管理單元, dma_map_sg 也編程這個(gè)單元的映射寄存器, 可能的結果是, 從你的驅動(dòng)的觀(guān)點(diǎn),你能夠傳輸一個(gè)單個(gè)的, 連續的緩沖. 你將不會(huì )知道傳送的結果將看來(lái)如何, 但是, 直到在調用之后.

你的驅動(dòng)應當傳送由 pci_map_sg 返回的每個(gè)緩沖. 總線(xiàn)地址和每個(gè)緩沖的長(cháng)度存儲于 struct scatterlist 項, 但是它們在結構中的位置每個(gè)體系不同. 2 個(gè)宏定義已被定義來(lái)使得可能編寫(xiě)可移植的代碼:

dma_addr_t sg_dma_address(struct scatterlist *sg);

從這個(gè)散布表入口返回總線(xiàn)( DMA )地址.

unsigned int sg_dma_len(struct scatterlist *sg);

返回這個(gè)緩沖的長(cháng)度.

再次, 記住要傳送的緩沖的地址和長(cháng)度可能和傳遞給 dma_map_sg 的不同.

一旦傳送完成, 一個(gè) 發(fā)散/匯聚 映射被使用 dma_unmap_sg 去映射:

void dma_unmap_sg(struct device *dev, struct scatterlist *list, int nents, enum dma_data_direction direction);

注意 nents 必須是你起初傳遞給 dma_map_sg 的入口項的數目, 并且不是這個(gè)函數返回給你的 DMA 緩沖的數目.

發(fā)散/匯聚映射是流 DMA 映射, 并且同樣的存取規則如同單一映射一樣適用. 如果你必須存取一個(gè)被映射的發(fā)散/匯聚列表, 你必須首先同步它:

void dma_sync_sg_for_cpu(struct device *dev, struct scatterlist *sg,int nents, enum dma_data_direction direction);void dma_sync_sg_for_device(struct device *dev, struct scatterlist *sg,int nents, enum dma_data_direction direction);

正常地, DMA 支持層使用 32-位 總線(xiàn)地址, 可能受限于一個(gè)特定設備的 DMA 掩碼. PCI 總線(xiàn), 但是, 也支持一個(gè)64-位地址模式, 雙地址周期(DAC). 通常的 DMA 層不支持這個(gè)模式, 因為幾個(gè)理由, 第一個(gè)是它是一個(gè) PCI-特定 的特性. 還有,許多 DAC 的實(shí)現滿(mǎn)是錯誤, 并且, 因為 DAC 慢于一個(gè)常規的, 32-位 DMA, 可能有一個(gè)性能開(kāi)銷(xiāo). 即便如此, 有的應用程序使用DAC 是正確的事情; 如果你有一個(gè)設備可能使用非常大的位于高內存的緩沖, 你可能要考慮實(shí)現 DAC 支持. 這個(gè)支持只對 PCI 總線(xiàn)適用,因此 PCI-特定的函數必須被使用.

為使用 DAC, 你的驅動(dòng)必須包含 <linux/pci.h>. 你必須設置一個(gè)單獨的 DMA 掩碼:

int pci_dac_set_dma_mask(struct pci_dev *pdev, u64 mask);

你可使用 DAC 尋址只在這個(gè)調用返回 0 時(shí). 一個(gè)特殊的類(lèi)型 (dma64_addr_t) 被用作 DAC 映射. 為建立一個(gè)這些映射, 調用 pci_dac_page_to_dma:

dma64_addr_t pci_dac_page_to_dma(struct pci_dev *pdev, struct page *page, unsigned long offset, int direction);

DAC 映射, 你將注意到, 可能被完成只從 struct page 指針(它們應當位于高內存, 畢竟, 否則使用它們沒(méi)有意義了);它們必須一次一頁(yè)地被創(chuàng )建. direction 參數是在通用 DMA 層中使用的 enum dma_data_direction 的 PCI對等體; 它應當是 PCI_DMA_TODEVICE, PCI_DMA_FROMDEVICE, 或者PCI_DMA_BIRDIRECTIONAL.

DAC 映射不要求外部資源, 因此在使用后沒(méi)有必要明確釋放它們. 但是, 有必要象對待其他流映射一樣對待 DAC 映射, 并且遵守關(guān)于緩沖所有權的規則. 有一套函數來(lái)同步 DMA 緩沖, 和通常的變體相似:

void pci_dac_dma_sync_single_for_cpu(struct pci_dev *pdev,dma64_addr_t dma_addr,size_t len,int direction);void pci_dac_dma_sync_single_for_device(struct pci_dev *pdev,dma64_addr_t dma_addr,size_t len,int direction);

作為一個(gè) DMA 映射如何被使用的例子, 我們展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的給一個(gè) PCI 設備的 DMA 編碼的例子. 在 PCI 總線(xiàn)上的數據的DMA 操作的形式非常依賴(lài)被驅動(dòng)的設備. 因此, 這個(gè)例子不適用于任何真實(shí)的設備; 相反, 它是一個(gè)稱(chēng)為 dad ( DMAAcquisiton Device) 的假想驅動(dòng)的一部分. 一個(gè)給這個(gè)設備的驅動(dòng)可能定義一個(gè)傳送函數象這樣:

int dad_transfer(struct dad_dev *dev, int write, void *buffer,size_t count){dma_addr_t bus_addr;/* Map the buffer for DMA */dev->dma_dir = (write ? DMA_TO_DEVICE : DMA_FROM_DEVICE);dev->dma_size = count;bus_addr = dma_map_single(&dev->pci_dev->dev, buffer, count,dev->dma_dir);dev->dma_addr = bus_addr;/* Set up the device */writeb(dev->registers.command, DAD_CMD_DISABLEDMA);writeb(dev->registers.command, write ? DAD_CMD_WR : DAD_CMD_RD);writel(dev->registers.addr, cpu_to_le32(bus_addr));writel(dev->registers.len, cpu_to_le32(count));/* Start the operation */writeb(dev->registers.command, DAD_CMD_ENABLEDMA);return 0;}

這個(gè)函數映射要被傳送的緩沖并且啟動(dòng)設備操作. 這個(gè)工作的另一半必須在中斷服務(wù)過(guò)程中完成, 這個(gè)看來(lái)如此:

void dad_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs){struct dad_dev *dev = (struct dad_dev *) dev_id;/* Make sure it's really our device interrupting *//* Unmap the DMA buffer */dma_unmap_single(dev->pci_dev->dev, dev->dma_addr,dev->dma_size, dev->dma_dir);/* Only now is it safe to access the buffer, copy to user, etc. */...}

顯然, 這個(gè)例子缺乏大量的細節, 包括可能需要的任何步驟來(lái)阻止啟動(dòng)多個(gè)同時(shí)的 DMA 操作.

你應當熟悉內核注冊 -- 我們已經(jīng)見(jiàn)到它們在 I/O 端口和中斷線(xiàn). DMA 通道注冊和其他的類(lèi)似. 在 <asm/dma.h> 中已經(jīng)包含, 下面的函數可用來(lái)獲得和釋放一個(gè) DMA 通道的擁有權:

int request_dma(unsigned int channel, const char *name);void free_dma(unsigned int channel);

通道參數是一個(gè)在 0 到 7 之間的數, 更精確些, 一個(gè)小于 MAX_DMA_CHANNELS 的正值. 在 PC 上,MAX_DMA_CHANNELS 定義為 8 來(lái)匹配硬件. name 參數是一個(gè)字符串來(lái)標識設備. 特定的 name 出現在文件/proc/dma, 它可被用戶(hù)程序讀.

從 request_dma 的返回值是 0 對于成功, 是 -EINVAL 或者 -EBUSY 如果有錯誤. 前者意思是請求的通道超范圍, 后者意思是另一個(gè)設備持有這個(gè)通道.

我們推薦你象對待 I/O 端口和中斷線(xiàn)一樣小心對待 DMA 通道; 在打開(kāi)時(shí)請求通道好于從模塊初始化函數里請求它. 延后請求允許在驅動(dòng)之間的一些共享; 例如, 你的聲卡和模擬 I/O 接口可以共享 DMA 通道只要它們不同時(shí)使用.

我們還建議你請求 DMA 通道在你已請求中斷線(xiàn)之后并且你在中斷前釋放它. 這是慣用的順序來(lái)請求這 2 個(gè)資源; 遵循這個(gè)慣例避免了死鎖的可能. 注意每個(gè)使用 DMA 的設備需要一個(gè) IRQ 線(xiàn); 否則, 它不能指示數據傳送的完成.

在一個(gè)典型的情況, open 代碼看來(lái)如下, 引用了我們的假想的 dad 模塊. dad 設備使用了一個(gè)快速中斷處理, 不帶共享 IRQ 線(xiàn)支持.

int dad_open (struct inode *inode, struct file *filp){struct dad_device *my_device;/* ... */if ( (error = request_irq(my_device.irq, dad_interrupt,SA_INTERRUPT, "dad", NULL)) )return error; /* or implement blocking open */if ( (error = request_dma(my_device.dma, "dad")) ) {free_irq(my_device.irq, NULL);return error; /* or implement blocking open */}/* ... */return 0;}

和 open 匹配的 close 實(shí)現看來(lái)如此:

void dad_close (struct inode *inode, struct file *filp){struct dad_device *my_device;/* ... */free_dma(my_device.dma);free_irq(my_device.irq, NULL);/* ... */}

這是 /proc/dma 文件 在一個(gè)安裝有聲卡的系統中的樣子:

merlino% cat /proc/dma1: Sound Blaster84: cascade

注意, 缺省的聲音驅動(dòng)獲得 DMA 通道在系統啟動(dòng)時(shí)并且從不釋放它. 層疊的入口是一個(gè)占位者, 指出通道 4 對驅動(dòng)不可用, 如同前面解釋的.

在注冊后, 驅動(dòng)工作的主要部分包括配置 DMA 控制器正確操作. 這個(gè)任務(wù)并非微不足道的, 但是幸運的是, 內核輸出了典型驅動(dòng)需要的所有的函數.

驅動(dòng)需要配置 DMA 控制器或者讀或寫(xiě)被調用時(shí), 或者當準備異步傳送時(shí). 后面這個(gè)任務(wù)或者在打開(kāi)時(shí)進(jìn)行或者響應一個(gè) ioctl 命令, 根據驅動(dòng)和它實(shí)現的策略. 這里展示的代碼是典型地被讀或寫(xiě)設備方法調用的.

這一小節提供一個(gè)對于 DMA 控制器內部的快速概覽, 這樣你可理解這里介紹的代碼. 如果你想知道更多, 我們勸你讀<asm/dma.h> 和一些描述 PC 體系的硬件手冊. 特別地, 我們不處理 8-位 和 16-位 傳送的問(wèn)題.如果你在編寫(xiě)設備驅動(dòng)給 ISA 設備板, 你應當在設備的硬件手冊中找到相關(guān)的信息.

DMA 控制器是一個(gè)共享的資源, 并且如果多個(gè)處理器試圖同時(shí)對它編程會(huì )引起混亂. 為此, 控制器被一個(gè)自旋鎖保護, 稱(chēng)為 dma_spin_lock. 驅動(dòng)不應當直接操作這個(gè)鎖; 但是, 2 個(gè)函數已提供給你來(lái)做這個(gè):

自旋鎖應當被持有, 當使用下面描述的函數時(shí). 但是, 它不應當被持有, 在實(shí)際的 I/O 當中. 一個(gè)驅動(dòng)應當從不睡眠當持有一個(gè)自旋鎖時(shí).

必須被加載到控制器中的信息包括 3 項: RAM 地址, 必須被傳送的原子項的數目(以字節或字計), 以及傳送的方向. 為此, 下列函數由 <asm/dma.h> 輸出:

除了這些函數, 有一些維護工具必須用, 當處理 DMA 設備時(shí):

使用這些, 一個(gè)驅動(dòng)可如下實(shí)現一個(gè)函數來(lái)準備一次 DMA 傳送:

int dad_dma_prepare(int channel, int mode, unsigned int buf, unsigned int count){unsigned long flags;flags = claim_dma_lock();disable_dma(channel);clear_dma_ff(channel);set_dma_mode(channel, mode);set_dma_addr(channel, virt_to_bus(buf));set_dma_count(channel, count);enable_dma(channel);release_dma_lock(flags);return 0;}

接著(zhù), 一個(gè)象下一個(gè)的函數被用來(lái)檢查 DMA 的成功完成:

int dad_dma_isdone(int channel){int residue;unsigned long flags = claim_dma_lock ();residue = get_dma_residue(channel);release_dma_lock(flags);return (residue == 0);}

未完成的唯一一個(gè)事情是配置設備板. 這個(gè)設備特定的任務(wù)常常包含讀或寫(xiě)幾個(gè) I/O 端口. 設備在幾個(gè)大的方面不同. 例如, 一些設備期望程序員告訴硬件 DMA 緩沖有多大, 并且有時(shí)驅動(dòng)不得不讀一個(gè)被硬連到設備中的值. 為配置板, 硬件手冊是你唯一的朋友.