S3C2410的linux下DMA驱动程序开发

网上介绍LINUX下的一般驱动程序开发示例浩如烟海，或是因为简单，关于DMA驱动的介绍却寥寥无几；近期zhaoyang因工作需要，花了几日时间开发了某设备在S3C2410处理器Linux下DMA通信的驱动程序，有感于刚接手时无资料借鉴的茫然，故写点介绍，期待能给有DMA开发任务的网友们一点帮助。
本文将包括如下内容：
DMA驱动主要函数功能 驱动中关键技术分析 具体的DMA实例分析
申明：本DMA驱动开发介绍仅适合S3C2410处理器类型，分析源码为韩国MIZI研究中心维护的dma驱动代码： linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.h，linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.c，其它处理器平台DMA开发可比对此文，自行分析。

DMA驱动主要数据结构（linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.h）
S3C2410有四通道DMA，每通道有9个控制寄存器：6个控制寄存器控制DMA传输，其它3个监视DMA控制器状态。
（1）DMA单个内核缓冲区数据结构：
typedef struct dma_buf_s {
int size; /* buffer size：缓冲大小 */
dma_addr_t dma_start; /* starting DMA address ：缓冲区起始物理地址*/
int ref; /* number of DMA references 缓冲区起始虚拟地址*/
void *id; /* to identify buffer from outside 标记 */
int write; /* 1: buf to write , 0: buf to read DMA读还是写*/
struct dma_buf_s *next; /* next buf to process 指向下一个缓冲区结构*/
} dma_buf_t;
（2）DMA寄存器数据结构
/* DMA control register structure */
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;//状态寄存器
volatile u_long DCSRC;//当前源
volatile u_long DCDST;//当前目的
volatile u_long DMASKTRIG;//触发掩码寄存器
} dma_regs_t;
（3）DMA设备数据结构
/* DMA device structre */
typedef struct {
dma_callback_t callback;//DMA操作完成后的回调函数，在中断处理例程中调用
u_long dst;//目的寄存器内容
u_long src;//源寄存器内容
u_long ctl;//此设备的控制寄存器内容
u_long dst_ctl;//目的控制寄存器内容
u_long src_ctl;//源控制寄存器内容
} dma_device_t;
（4）DMA通道数据结构
/* DMA channel structure */
typedef struct {
dmach_t channel;//通道号：可为0，1，2，3
unsigned int in_use; /* Device is allocated 设备是否已*/
const char *device_id; /* Device name 设备名*/
dma_buf_t *head; /* where to insert buffers 该DMA通道缓冲区链表头*/
dma_buf_t *tail; /* where to remove buffers该DMA通道缓冲区链表尾*/
dma_buf_t *curr; /* buffer currently DMA'ed该DMA通道缓冲区链表中的当前缓冲区*/
unsigned long queue_count; /* number of buffers in the queue 链表中缓冲区个数*/
int active; /* 1 if DMA is actually processing data 该通道是否已经在使用*/
dma_regs_t *regs; /* points to appropriate DMA registers 该通道使用的DMA控制寄存器*/
int irq; /* IRQ used by the channel //通道申请的中断号*/
dma_device_t write; /* to write //执行读操作的DMA设备*/
dma_device_t read; /* to read 执行写操作的DMA设备*/
} s3c2410_dma_t;
以下分配了四个DMA通道：
s3c2410_dma_t dma_chan[MAX_S3C2410_DMA_CHANNELS];
每个DMA通道维护着一个多缓冲区组成的单链表等待队列，执行DMA操作时先更新DMA通道控制寄存器内容，再依次摘取当前缓冲区投入使用，缓冲区头指针顺次前移；需要插入新的缓冲区时，可从head或tail插入；
DMA驱动主要函数功能分析（linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.c）
写一个DMA驱动的主要工作包括：DMA通道申请、DMA中断申请、控制寄存器设置、挂入DMA等待队列、清除DMA中断、释放DMA通道。Dma.c中对这些工作作了很好的实现，以下具体分析关键函数：
int s3c2410_request_dma(const char *device_id, dmach_t channel, [/list]
dma_callback_t write_cb, dma_callback_t read_cb) (s3c2410_dma_queue_buffer);
函数描述：申请某通道的DMA资源，填充s3c2410_dma_t 数据结构的内容，申请DMA中断。
输入参数：device_id DMA 设备名；channel 通道号；
write_cb DMA写操作完成的回调函数；read_cb DMA读操作完成的回调函数
输出参数：若channel通道已使用，出错返回；否则，返回0
int s3c2410_dma_queue_buffer(dmach_t channel, void *buf_id, [/list]
dma_addr_t data, int size, int write) (s3c2410_dma_stop);
函数描述：这是DMA操作最关键的函数，它完成了一系列动作：分配并初始化一个DMA内核缓冲区控制结构，并将它插入DMA等待队列，设置DMA控制寄存器内容，等待DMA操作触发
输入参数： channel 通道号；buf_id,缓冲区标识
dma_addr_t data DMA数据缓冲区起始物理地址；size DMA数据缓冲区大小；write 是写还是读操作
输出参数：操作成功，返回0；否则，返回错误号
int s3c2410_dma_stop(dmach_t channel) [/list]
函数描述：停止DMA操作。
int s3c2410_dma_flush_all(dmach_t channel) [/list]
函数描述：释放DMA通道所申请的所有内存资源
void s3c2410_free_dma(dmach_t channel) [/list]
函数描述：释放DMA通道
因为各函数功能强大，一个完整的DMA驱动程序中一般只需调用以上3个函数即可。可在驱动初始化中调用s3c2410_request_dma，开始DMA传输前调用s3c2410_dma_queue_buffer，释放驱动模块时调用s3c2410_free_dma。
具体的DMA实例分析
Linux下的IIS音频驱动主要都在/kernel/drivers/sound/s3c2410-uda1341.c文件中。它定义了2个重要的数据结构audio_bufer_t, 管理audio缓冲区的数据结构；audio_stream_t 管理多缓冲区的数据结构，它为音频流数据组成了一个环形缓冲区。
我们先看一下加载驱动模块时的初始化函数：int __init s3c2410_uda1341_init(void)，该函数先初始化IO和UDA341芯片，然后语句s3c2410_request_dma("I2SSDO", s->dma_ch, audio_dmaout_done_callback, NULL);申请了一个DMA通道用于输出音频数据；
smdk2410_audio_write是音频驱动最关键的函数，它从用户进程中拷贝音频数据流至DMA内核缓冲区，然后适用DMA通道2把音频数据发送出去，从而输出声音。我们可以在smdk2410_audio_write 中发现语句s3c2410_dma_queue_buffer(s->dma_ch, (void *) b,b->dma_addr, b->size, DMA_BUF_WR);就是它为DMA写操作作好了一切准备，当I2SSDO中断到来，DMA2通道执行一次写操作（从DMA缓冲写往IO地址0x55000010）。
smdk2410_audio_release函数中先后调用了s3c2410_dma_flush_all、s3c2410_free_dma释放DMA2占用的内存资源、和释放DMA2通道。
后记
DMA操作直接关系到CPU性能的提升，s3c2410提供了4个DMA通道可实现无约束的系统总线（AHB）或者外设总线之间（APB）的数据传输，功能强大。