S3C2410的linux 下DMA驅動程序開發

本文將包括如下內容：

DMA驅動主要函數功能
驅動中關鍵技術分析
具體的DMA實例分析
申明：本DMA驅動開發介紹僅適合S3C2410處理器類型，分析源碼為韓國MIZI研究中心維護的dma驅動代碼： linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.h，linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.c，其它處理器平臺DMA開發可比對此文，自行分析。

DMA驅動主要數據結構（linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.h）
S3C2410有四通道DMA，每通道有9個控制寄存器：6個控制寄存器控制DMA傳輸，其它3個監視DMA控制器狀態。

（1）DMA單個內核緩沖區數據結構：

typedef struct dma_buf_s {

int size;

dma_addr_t dma_start;

int ref;

void *id;

int write;

struct dma_buf_s *next;

} dma_buf_t;

（2）DMA寄存器數據結構

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;//狀態寄存器

volatile u_long DCSRC;//當前源

volatile u_long DCDST;//當前目的

volatile u_long DMASKTRIG;//觸發掩碼寄存器

} dma_regs_t;

（3）DMA設備數據結構

typedef struct {

dma_callback_t callback;//DMA操作完成后的回調函數，在中斷處理例程中調用

u_long dst;//目的寄存器內容

u_long src;//源寄存器內容

u_long ctl;//此設備的控制寄存器內容

u_long dst_ctl;//目的控制寄存器內容

u_long src_ctl;//源控制寄存器內容

} dma_device_t;

（4）DMA通道數據結構

typedef struct {

dmach_t channel;//通道號：可為0，1，2，3

unsigned int in_use;

const char *device_id;

dma_buf_t *head;

dma_buf_t *tail;

dma_buf_t *curr;

unsigned long queue_count;

int active;

dma_regs_t *regs;

int irq;

dma_device_t write;

dma_device_t read;

} s3c2410_dma_t;

以下分配了四個DMA通道：

s3c2410_dma_t dma_chan[MAX_S3C2410_DMA_CHANNELS];

每個DMA通道維護著一個多緩沖區組成的單鏈表等待隊列，執行DMA操作時先更新DMA通道控制寄存器內容，再依次摘取當前緩沖區投入使用，緩沖區頭指針順次前移；需要插入新的緩沖區時，可從head或tail插入；

DMA驅動主要函數功能分析（linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.c）
寫一個DMA驅動的主要工作包括：DMA通道申請、DMA中斷申請、控制寄存器設置、掛入DMA等待隊列、清除DMA中斷、釋放DMA通道。Dma.c中對這些工作作了很好的實現，以下具體分析關鍵函數：

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);

函數描述：申請某通道的DMA資源，填充s3c2410_dma_t 數據結構的內容，申請DMA中斷。

輸入參數：device_id DMA 設備名；channel 通道號；

write_cb DMA寫操作完成的回調函數；read_cb DMA讀操作完成的回調函數

輸出參數：若channel通道已使用，出錯返回；否則，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);

函數描述：這是DMA操作最關鍵的函數，它完成了一系列動作：分配并初始化一個DMA內核緩沖區控制結構，并將它插入DMA等待隊列，設置DMA控制寄存器內容，等待DMA操作觸發

輸入參數： channel 通道號；buf_id,緩沖區標識

dma_addr_t data DMA數據緩沖區起始物理地址；size DMA數據緩沖區大小；write 是寫還是讀操作

輸出參數：操作成功，返回0；否則，返回錯誤號

int s3c2410_dma_stop(dmach_t channel)
函數描述：停止DMA操作。

int s3c2410_dma_flush_all(dmach_t channel)
函數描述：釋放DMA通道所申請的所有內存資源

void s3c2410_free_dma(dmach_t channel)
函數描述：釋放DMA通道

因為各函數功能強大，一個完整的DMA驅動程序中一般只需調用以上3個函數即可。可在驅動初始化中調用s3c2410_request_dma，開始DMA傳輸前調用s3c2410_dma_queue_buffer，釋放驅動模塊時調用s3c2410_free_dma。

具體的DMA實例分析
Linux下的IIS音頻驅動主要都在/kernel/drivers/sound/s3c2410-uda1341.c文件中。它定義了2個重要的數據結構audio_bufer_t, 管理audio緩沖區的數據結構；audio_stream_t 管理多緩沖區的數據結構，它為音頻流數據組成了一個環形緩沖區。

我們先看一下加載驅動模塊時的初始化函數：int __init s3c2410_uda1341_init(void)，該函數先初始化IO和UDA341芯片，然后語句s3c2410_request_dma("I2SSDO", s->dma_ch, audio_dmaout_done_callback, NULL);申請了一個DMA通道用于輸出音頻數據；

smdk2410_audio_write是音頻驅動最關鍵的函數，它從用戶進程中拷貝音頻數據流至DMA內核緩沖區，然后適用DMA通道2把音頻數據發送出去，從而輸出聲音。我們可以在smdk2410_audio_write 中發現語句s3c2410_dma_queue_buffer(s->dma_ch, (void *) b,b->dma_addr, b->size, DMA_BUF_WR);就是它為DMA寫操作作好了一切準備，當I2SSDO中斷到來，DMA2通道執行一次寫操作（從DMA緩沖寫往IO地址0x55000010）。

smdk2410_audio_release函數中先后調用了s3c2410_dma_flush_all、s3c2410_free_dma釋放DMA2占用的內存資源、和釋放DMA2通道。

后記
DMA操作直接關系到CPU性能的提升，s3c2410提供了4個DMA通道可實現無約束的系統總線（AHB）或者外設總線之間（APB）的數據傳輸，功能強大。