ISA總線的DMA技術

　　DMA通道是一種系統全局資源。任何ISA外設想要進行DMA傳輸，首先都必須取得某個DMA通道資源的使用權，并在傳輸結束后釋放所使用DMA通道資源。從這個角度看，DMA通道資源是一種共享的獨占型資源。

　　Linux在kernel/Dma.c文件中實現了對DMA通道資源的管理。

　　4.1 對DMA通道資源的描述

　　Linux在kernel/Dma.c文件中定義了數據結構dma_chan來描述DMA通道資源。該結構類型的定義如下：

　　struct dma_chan {

　　int lock;

　　const char *device_id;

　　};

　　其中，如果成員lock!=0則表示DMA通道正被某個設備所使用;否則該DMA通道就處于free狀態。而成員device_id就指向使用該DMA通道的設備名字字符串。

　　基于上述結構類型dma_chan，Linux定義了全局數組dma_chan_busy[]，以分別描述8個DMA通道資源各自的使用狀態。如下：

　　static struct dma_chan dma_chan_busy[MAX_DMA_CHANNELS] = {

　　{ 0, 0 },

　　{ 0, 0 },

　　{ 0, 0 },

　　{ 0, 0 },

　　{ 1, cascade },

　　{ 0, 0 },

　　{ 0, 0 },

　　{ 0, 0 }

　　};

　　顯然，在初始狀態時除了DMA通道4外，其余DMA通道皆處于free狀態。

　　4.2 DMA通道資源的申請

　　任何ISA卡在使用某個DMA通道進行DMA傳輸之前，其設備驅動程序都必須向內核提出DMA通道資源的申請。只有申請獲得成功后才能使用相應的DMA通道。否則就會發生資源沖突。

　　函數request_dma()實現DMA通道資源的申請。其源碼如下：

　　int request_dma(unsigned int dmanr, const char * device_id)

　　{

　　if (dmanr >= MAX_DMA_CHANNELS)

　　return -EINVAL;

　　if (xchg(dma_chan_busy[dmanr].lock, 1) != 0)

　　return -EBUSY;

　　dma_chan_busy[dmanr].device_id = device_id;

　　/* old flag was 0, now contains 1 to indicate busy */

　　return 0;

　　}

　　上述函數的核心實現就是用原子操作xchg()讓成員變量dma_chan_busy[dmanr].lock和值1進行交換操作，xchg()將返回lock成員在交換操作之前的值。因此：如果xchg()返回非0值，這說明dmanr所指定的DMA通道已被其他設備所占用，所以request_dma()函數返回錯誤值-EBUSY表示指定DMA通道正忙;否則，如果xchg()返回0值，說明dmanr所指定的DMA通道正處于free狀態，于是xchg()將其lock成員設置為1，取得資源的使用權。

　　4.3 釋放DMA通道資源

　　DMA傳輸事務完成后，設備驅動程序一定要記得釋放所占用的DMA通道資源。否則別的外設將一直無法使用該DMA通道。

　　函數free_dma()釋放指定的DMA通道資源。如下：

　　void free_dma(unsigned int dmanr)

　　{

　　if (dmanr >= MAX_DMA_CHANNELS) {

　　printk(Trying to free DMA%d

　　, dmanr);

　　return;

　　}

　　if (xchg(dma_chan_busy[dmanr].lock, 0) == 0) {

　　printk(Trying to free free DMA%d

　　, dmanr);

　　return;

　　}

　　} /* free_dma */

　　顯然，上述函數的核心實現就是用原子操作xchg()將lock成員清零。

　　4.4 對/proc/dma文件的實現

　　文件/proc/dma將列出當前8個DMA通道的使用狀況。Linux在kernel/Dma.c文件中實現了函數個get_dma_list()函數來至此/proc/dma文件的實現。函數get_dma_list()的實現比較簡單。主要就是遍歷數組dma_chan_busy[]，并將那些lock成員為非零值的數組元素輸出到列表中即可。如下：

　　int get_dma_list(char *buf)

　　{

　　int i, len = 0;

　　for (i = 0 ; i MAX_DMA_CHANNELS ; i++) {

　　if (dma_chan_busy.lock) {

　　len += sprintf(buf+len, %2d: %s

　　,

　　i,

　　dma_chan_busy.device_id);

　　}

　　}

　　return len;

　　} /* get_dma_list */

　　5 使用DMA的ISA設備驅動程序

　　DMA雖然是一種硬件機制，但它離不開軟件(尤其是設備驅動程序)的配合。任何使用DMA進行數據傳輸的ISA設備驅動程序都必須遵循一定的框架。