dmaengine framwork主要分为两部分：DMA controller 和DMA engine API。涉及内核相关文档：Documentation/damengine目录、Documentation/devicetree/bindings/dma/、Documentation/DAM-API-HOWTO.txt\DMA-API.txt\DMA-attributes.txt

1、dma controller（provider的角度）

基于DMA的硬件地址使用的是总线地址而不是物理地址，总线地址是从设备角度看到的内存地址，物理地址是从CPU mmu控制器外围角度上看到的内存地址。在pc上，对于ISA和PCI而言，总系地址即为物理地址，但并不是每个平台都是如此。接口总线通过桥接电路连接，桥接电路会将I/O地址映射为不同的物理地址，例如在PREP(PowerPC Reference Platform)系统中，物理地址0在设备端看起来是0x80000000，而0通常又被映射为虚拟地址0xC0000000，所以同一个地址就具备了三重身份：物理地址0，总线地址0x80000000及虚拟地址0xC0000000。

（1）重要数据结构之struct dma_device

该结构体抽象了dma controller，部分成员说明如下：

channels：一个链表头，保存该controller支持的所有dma channel

cap_mask：一个bitmap，只是controller所具备的能力

DMA_MEMCPY：内存到内存的拷贝

DMA_SG：设备支持内存到内存的分散/聚合传输

DMA_XOR：设备在内存区域执行XOR操作，如raid5等

DMA_PQ：内存到内存的P+Q计算

DMA_SLAVE：设备能处理设备到内存传输，包括分散/聚合传输

DMA_CYCLIC：设备能处理循环传输，如音频传输

src_addr_widths：一个bitmap表示该controller支持哪些宽度的src类型，包括1、2、3、4、8、16、32、64等

dst_addr_widths：一个bitmap表示该controller支持哪些宽的的dst类型，包括1、2、3、4、8、16、32、64等

directions：一个bitmap表示该controller支持哪些传输方向，包括DMA_MEM_TO_MEM、DMA_MEM_TO_DEV、DMA_DEV_TO_MEM、DMA_DEV_TO_DEV。

（2）重要数据结构之struct dma_chan

用于抽象dam channel，部分成员说明如下：

device：指向该channel所在的dma controller

（3）重要数据结构之struct virt_dma_chan

用于抽象一个虚拟的dma channel，多个虚拟channel可以共用一个物理channel，并由软件调度多个传输请求，将多个虚拟channel的传输串行的在物理channel完成，部分成员说明如下：

chan：一个struct dma_chan类型的变量

task：一个tasklet，用于等待该虚拟channel上传输的完成

（4）controller需要实现的操作函数集

device_alloc_chan_resources：当client驱动调用dma_request_channel时会调用该函数，负责分配通道需要的资源

device_free_chan_resources：当client驱动释放dam_release_channel时将会调用该函数，负责释放通道需要的资源

device_prep_dma_xxx：为DMA传输准备描述符，xxx：controller具有啥cap_mask，就要实现相应的接口

device_issue_pending：从pending queue中取走第一个传输描述符并启动传输，当传输完成后将会移到列表中下一个传输描述符，可以在中断上下文中使用。

device_tx_status：获取传输状态

device_config：使用给定参数重新配置通道

device_pause：暂停通道的传输

device_resume：恢复通道的传输

device_terminate_all：停止通道中所有的传输（包括pending和正在进行的传输）

dma_async_device_register：把填充好的dma_device结构实体注册到内核中。

2、dma engine api（consumer的角度）

DMA传输可以分为4类：mem2mem、mem2dev、dev2mem、dev2dev。mem2mem传输内核称之为Async TX，后三者统称为slave-DMA传输。

linux内核在dma engine之上专门提供了一层针对mem2mem的简洁API，称之为async tx api（例如：async_memcpy, async_memset， async_xor等）。

（1）重要数据结构之struct dma_slave_config

该结构体包含了完成一次DMA传输所需要的所有可能参数，部分成员如下：

direction：如同controller的directions

src_addr：传输方向dev2mem或dev2dev时，读取数据的位置（通常是固定的FIFO地址）

dst_addr：传输方向是mem2dev或dev2dev时，写入数据的位置（通常是固定的FIFO地址）

（2）重要数据结构之struct dam_async_tx_descriptor

传输描述符用于描述一次DMA传输（类似一个文件句柄），部分成员说明如下：

cookie：一个整型数，用于追踪本次传输

flags：DMA_CTRL_XXX，例如：DMA_CTRL_REUSE：表明这个描述符可以被重复使用；DMA_CTRL_ACK：表明暂时不能被重复使用

tx_submit：controller driver提供的回调函数，用于把该描述符提交到待传输列表

callback、callback_param：传输完成的回调函数（及参数）

（3）操作API接口

struct dma_chan *dma_request_channel(dma_cap_mask_t mask, dma_filter_fn filter_fn, void *filter_param)

申请一个DMA channel，当filter_fn为NULL时函数只是简单的返回第一个满足mask参数的通道，对于slave和cyclic通道强烈推荐使用以获取一个特定的DMA通道

void dma_release_channel(struct dma_chan *chan)

释放通道

int dmaengine_slave_config(struct dma_chan *chan, struct dam_slave_config *config)

申请到一个dma channel之后，根据实际情况，对该channel进行参数配置

struct dma_async_tx_descriptor *dmaengine_prep_slave_sg(
        struct dma_chan *chan, struct scatterlist *sgl,
        unsigned int sg_len, enum dma_data_direction direction,
        unsigned long flags);

获取传输描述符，用于在“scatter gather buffers”列表和总线设备之间进行DMA传输

struct dma_async_tx_descriptor *dmaengine_prep_dma_cyclic(
struct dma_chan *chan, dma_addr_t buf_addr, size_t buf_len,
size_t period_len, enum dma_data_direction direction);

获取传输描述符，常用于音频等场景中，在进行一定长度的dma传输（buf_addr&buf_len）的过程中，每传输一定的byte（period_len），就会调用一次传输完成的回调函数

struct dma_async_tx_descriptor *dmaengine_prep_interleaved_dma(
struct dma_chan *chan, struct dma_interleaved_template *xt,
unsigned long flags);

获取传输描述符，可进行不连续的、交叉的DMA传输，通常用在图像处理、显示等场景中。

dma_cookie_t dmaengine_submit(struct dma_async_tx_descriptor *desc)

一旦传输描述符准备好并且回调函数也加入后，该函数把传输描述符加入到DMA engine驱动的等待队列，但不会启动DMA操作

void dma_async_issue_pending(struct dma_chan *chan)

该函数启动DMA传输，此时如果通道是空闲的，等待队列中的第一个传输描述符将会启动DMA操作。

static inline enum dma_status dma_async_is_tx_complete(struct dma_chan *chan,
dma_cookie_t cookie, dma_cookie_t *last, dma_cookie_t *used)

通过该接口测试传输是否完成，也可以通过回调函数获取传输完成的消息

3、测试之驱动

/*
* dw axi dmac
* author: helb
* date: 2018-08-08
*/#include <linux/module.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/dmaengine.h>#define DRIVER_NAME       "axidma"
#define AXIDMA_IOC_MAGIC            'A'
#define AXIDMA_IOCGETCHN            _IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 0)
#define AXIDMA_IOCCFGANDSTART       _IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 1)
#define AXIDMA_IOCGETSTATUS         _IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 2)
#define AXIDMA_IOCRELEASECHN        _IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 3)#define AXI_DMA_MAX_CHANS           8#define DMA_CHN_UNUSED         0
#define DMA_CHN_USED        1struct axidma_chncfg {unsigned int src_addr;unsigned int dst_addr;unsigned int len;unsigned char chn_num;unsigned char status;unsigned char reserve[2];unsigned int reserve2;
};struct axidma_chns {struct dma_chan *dma_chan;unsigned char used;
#define DMA_STATUS_UNFINISHED   0
#define DMA_STATUS_FINISHED     1unsigned char status;unsigned char reserve[2];
};struct axidma_chns channels[AXI_DMA_MAX_CHANS];static int axidma_open(struct inode *inode, struct file *file)
{printk("Open: do nothing\n");return 0;
}static int axidma_release(struct inode *inode, struct file *file)
{printk("Release: do nothing\n");return 0;
}static ssize_t axidma_write(struct file *file, const char __user *data, size_t len, loff_t *ppos)
{printk("Write: do nothing\n");return 0;
}static void dma_complete_func(void *status)
{*(char *)status = DMA_STATUS_FINISHED;printk("dma_complete!\n");
}static long axidma_unlocked_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{struct dma_device *dma_dev;struct dma_async_tx_descriptor *tx = NULL;dma_cap_mask_t mask;dma_cookie_t cookie;enum dma_ctrl_flags flags;struct axidma_chncfg chncfg;int ret = -1;int i;memset(&chncfg, 0, sizeof(struct axidma_chncfg));switch(cmd){case AXIDMA_IOCGETCHN:{for(i=0; i<AXI_DMA_MAX_CHANS; i++) {if(DMA_CHN_UNUSED == channels[i].used)break;               }if(AXI_DMA_MAX_CHANS == i){printk("Get dma chn failed, because no idle channel\n");goto error;}else{channels[i].used = DMA_CHN_USED;channels[i].status = DMA_STATUS_UNFINISHED;chncfg.chn_num = i;chncfg.status = DMA_STATUS_UNFINISHED;}dma_cap_zero(mask);dma_cap_set(DMA_MEMCPY, mask); channels[i].dma_chan = dma_request_channel(mask, NULL, NULL);if(!channels[i].dma_chan){printk("dma request channel failed\n");channels[i].used = DMA_CHN_UNUSED;goto error;}ret = copy_to_user((void __user *)arg, &chncfg, sizeof(struct axidma_chncfg));if(ret){printk("Copy to user failed\n");goto error;}}break;case AXIDMA_IOCCFGANDSTART:{ret = copy_from_user(&chncfg, (void __user *)arg, sizeof(struct axidma_chncfg));if(ret){printk("Copy from user failed\n");goto error;}if((chncfg.chn_num >= AXI_DMA_MAX_CHANS) || (!channels[chncfg.chn_num].dma_chan)){printk("chn_num[%d] is invalid\n", chncfg.chn_num);goto error;}dma_dev = channels[chncfg.chn_num].dma_chan->device;flags = DMA_CTRL_ACK | DMA_PREP_INTERRUPT;tx = dma_dev->device_prep_dma_memcpy(channels[chncfg.chn_num].dma_chan, chncfg.dst_addr, chncfg.src_addr, chncfg.len, flags);if(!tx){printk("Failed to prepare DMA memcpy\n");goto error;}tx->callback = dma_complete_func;channels[chncfg.chn_num].status = DMA_STATUS_UNFINISHED;tx->callback_param = &channels[chncfg.chn_num].status;cookie =  tx->tx_submit(tx);if(dma_submit_error(cookie)){printk("Failed to dma tx_submit\n");goto error;}dma_async_issue_pending(channels[chncfg.chn_num].dma_chan);}break;case AXIDMA_IOCGETSTATUS:{ret = copy_from_user(&chncfg, (void __user *)arg, sizeof(struct axidma_chncfg));if(ret){printk("Copy from user failed\n");goto error;}if(chncfg.chn_num >= AXI_DMA_MAX_CHANS){printk("chn_num[%d] is invalid\n", chncfg.chn_num);goto error;}chncfg.status = channels[chncfg.chn_num].status;ret = copy_to_user((void __user *)arg, &chncfg, sizeof(struct axidma_chncfg));if(ret){printk("Copy to user failed\n");goto error;}}break;case AXIDMA_IOCRELEASECHN:{ret = copy_from_user(&chncfg, (void __user *)arg, sizeof(struct axidma_chncfg));if(ret){printk("Copy from user failed\n");goto error;}if((chncfg.chn_num >= AXI_DMA_MAX_CHANS) || (!channels[chncfg.chn_num].dma_chan)){printk("chn_num[%d] is invalid\n", chncfg.chn_num);goto error;}dma_release_channel(channels[chncfg.chn_num].dma_chan);channels[chncfg.chn_num].used = DMA_CHN_UNUSED;channels[chncfg.chn_num].status = DMA_STATUS_UNFINISHED;}break;default:printk("Don't support cmd [%d]\n", cmd);break;}return 0;
error:return -EFAULT;
}/**    Kernel Interfaces*/static struct file_operations axidma_fops = {.owner        = THIS_MODULE,.llseek        = no_llseek,.write        = axidma_write,.unlocked_ioctl = axidma_unlocked_ioctl,.open        = axidma_open,.release    = axidma_release,
};static struct miscdevice axidma_miscdev = {.minor        = MISC_DYNAMIC_MINOR,.name        = DRIVER_NAME,.fops        = &axidma_fops,
};static int __init axidma_init(void)
{int ret = 0;ret = misc_register(&axidma_miscdev);if(ret) {printk (KERN_ERR "cannot register miscdev (err=%d)\n", ret);return ret;}memset(&channels, 0, sizeof(channels));return 0;
}static void __exit axidma_exit(void)
{    misc_deregister(&axidma_miscdev);
}module_init(axidma_init);
module_exit(axidma_exit);MODULE_AUTHOR("hlb");
MODULE_DESCRIPTION("Axi Dmac Driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

4、测试之用户程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>#define DRIVER_NAME      "/dev/axidma"#define AXIDMA_IOC_MAGIC             'A'
#define AXIDMA_IOCGETCHN            _IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 0)
#define AXIDMA_IOCCFGANDSTART       _IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 1)
#define AXIDMA_IOCGETSTATUS         _IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 2)
#define AXIDMA_IOCRELEASECHN        _IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 3)#define DMA_STATUS_UNFINISHED   0
#define DMA_STATUS_FINISHED     1
struct axidma_chncfg {unsigned int src_addr;unsigned int dst_addr;unsigned int len;unsigned char chn_num;unsigned char status;unsigned char reserve[2];unsigned int reserve2;
};#define SRC_ADDR      0x60000000
#define DST_ADDR        0x70000000
#define DMA_MEMCPY_LEN  0x300000
int main(void)
{struct axidma_chncfg chncfg;int fd = -1;int ret;printf("AXI dma test, only support mem to mem: copy 0x60000000 to 0x70000000, size:3M\n");/* for test */read_org_data();/* open dev */fd = open(DRIVER_NAME, O_RDWR);if(fd < 0){printf("open %s failed\n", DRIVER_NAME);return -1;}/* get channel */ret = ioctl(fd, AXIDMA_IOCGETCHN, &chncfg);if(ret){printf("ioctl: get channel failed\n");goto error;}printf("channel: %d\n", chncfg.chn_num);/* config addr */chncfg.src_addr = SRC_ADDR;chncfg.dst_addr = DST_ADDR;chncfg.len = DMA_MEMCPY_LEN;ret = ioctl(fd, AXIDMA_IOCCFGANDSTART, &chncfg);if(ret){printf("ioctl: config and start dma failed\n");goto error;}/* wait finish */while(1){ret = ioctl(fd, AXIDMA_IOCGETSTATUS, &chncfg);if(ret){printf("ioctl: get status failed\n");goto error;}if (DMA_STATUS_FINISHED == chncfg.status){break;}printf("status:%d\n", chncfg.status);sleep(1);}/* release channel */ret = ioctl(fd, AXIDMA_IOCRELEASECHN, &chncfg);if(ret){printf("ioctl: release channel failed\n");goto error;}close(fd);/* for test */read_new_data();return 0;
error:close(fd);return -1;
}

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