杂谈 linux DMA内存

dma的大小
从开机开始看起 bootmem_init --- dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit):
   if (size_cmdline != -1) {
这里是cmdline中使用cma=来指定起始地址和长度，比较自由任意
       selected_size = size_cmdline;
       selected_base = base_cmdline;
       selected_limit = min_not_zero(limit_cmdline, limit);
       if (base_cmdline + size_cmdline == limit_cmdline)
           fixed = true;
   } else {
这里则是听命系统分配了
#ifdef CONFIG_CMA_SIZE_SEL_MBYTES
       selected_size = size_bytes;
#elif defined(CONFIG_CMA_SIZE_SEL_PERCENTAGE)
       selected_size = cma_early_percent_memory();
#elif defined(CONFIG_CMA_SIZE_SEL_MIN)
       selected_size = min(size_bytes, cma_early_percent_memory());
#elif defined(CONFIG_CMA_SIZE_SEL_MAX)
       selected_size = max(size_bytes, cma_early_percent_memory());
#endif
   }
默认 CONFIG_CMA_SIZE_SEL_MBYTES，为16M
起始地址 base=__memblock_find_range_top_down(start, end, size, align, nid, flags)
从memblock的top开始往下找一块size （16M）大小的 memory属性（非reserved）的物理块.
注意了，开始找的地方是从dma的边界往下(arm64_dma_phys_limit)。
这块物理块会记录在 cma_areas[cma_area_count] 中，然后 dma_contiguous_default_area 指向这块物理块。
看来 cma 才是大哥，dma是小小弟啊。

获取dma内存的gfp mask
dma_direct_optimal_gfp_mask:
   if (*phys_limit <= DMA_BIT_MASK(zone_dma_bits))
       return GFP_DMA;
   if (*phys_limit <= DMA_BIT_MASK(32))
       return GFP_DMA32;
不同的mask，对应从不同的zone获取内存。若内存不足，往上一级借（steal）。这里优先是dma zone
拿ARM64举例：ARM64中高版本默认开启了dma和dma32 zone
在zone_sizes_init函数中，定义了这两个dma zone 的边界。
dma32边界是32bit，dma边界是不超过32bit，具体多小可以由固件定义，固件不定义，默认dma边界为32bit。
注意了，这里的边界就是实际的内存物理地址区间中的32bit地址处，内存物理地址起始高于32bit，dma zone就没了

获取dma内存
一致dma映射
dma_alloc_coherent
从dma_contiguous_default_area记录的区域中获取内存
cma_alloc_aligned(dma_contiguous_default_area, size, gfp);
然后调用到alloc_contig_range，gfp变成了GFP_KERNEL
pfn = cma->base_pfn + (bitmap_no << cma->order_per_bit); // 空闲pfn
ret = alloc_contig_range(pfn, pfn + count, MIGRATE_CMA,
GFP_KERNEL | (no_warn ? __GFP_NOWARN : 0))
page = pfn_to_page(pfn)
分配dma/cma有一个核心流程alloc_contig_range，检查该pfn是不是正在被伙伴系统使用，如果是则要腾出来
归还给dma/cma用。通常dma zone作为最贵重的zone，除非内存不足或者执意有人用了GFP_DMA占用了预留的dma，还有
就是使用cma=放飞了自我。

可以发现，从dma_contiguous_default_area中申请page，和gfp mask没有任何关系。
那啥情况和gfp有关呢。
1 config DMA_CMA没有开，则优先从dma zone获取page。
2 dma_contiguous_default_area 没货了，则优先从dma zone获取page
__dma_direct_alloc_pages：
if (!page)
page = alloc_pages_node(node, gfp, get_order(size));

一致性dma映射，可支持重新映射虚拟地址到vmalloc空间
   if (remap) {
   //ret为vmalloc空间
       ret = dma_common_contiguous_remap(page, size, prot,
               __builtin_return_address(0));
   } else {
   // ret为线性映射空间
       ret = page_address(page);
   }
函数的返回值为申请到的物理页的虚拟地址，dma物理地址存放在参数中
*dma_handle = phys_to_dma_direct(dev, page_to_phys(page));

流式dma映射
#define dma_map_single(d, a, s, r) dma_map_single_attrs(d, a, s, r, 0)
参数二：参与dma传输的虚拟地址buf
参数四：数据方向，系统会根据direction的值invalid 或者write back cache
返回的是dma地址
DMA_TO_DEVICE
urb->setup_dma = dma_map_single(
                   hcd->self.sysdev,
                   urb->setup_packet,                   //kmalloc
                   sizeof(struct usb_ctrlrequest),
                   DMA_TO_DEVICE);
DMA_FROM_DEVICE
urb->transfer_dma = dma_map_single(
                       hcd->self.sysdev,
                       urb->transfer_buffer,           //kmalloc
                       urb->transfer_buffer_length,
                       DMA_FROM_DEVICE);
函数定义为
static inline dma_addr_t dma_map_single_attrs(struct device *dev, void *ptr,
       size_t size, enum dma_data_direction dir, unsigned long attrs) {
   return dma_map_page_attrs(dev, virt_to_page(ptr), offset_in_page(ptr),
           size, dir, attrs)
}
这里最终会将ptr定位到一个具体的物理地址
phys = page_to_phys(virt_to_page(ptr)) + offset_in_page(ptr)
最后将64为的物理地址对应到32位的dma地址，phys_attr_t转化位dma_attr_t
dma_addr_t dma_addr = phys_to_dma(dev, phys)

对比一致性dma和流式dma：
一致性dma是从dma zone或者预留的dma/cma空间中获取
流式dma，使用kmalloc获取物理小内存，再转为dma地址

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