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：

1. DMA驱动主要函数功能
2. 驱动中关键技术分析
3. 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。

1. 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；

1. 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,

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,

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)

函数描述：停止DMA操作。

• int s3c2410_dma_flush_all(dmach_t channel)

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)

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。

1. 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。

1. 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。