Linux系统对ISA总线DMA的实现

5 使用DMA的ISA设备驱动程序

DMA虽然是一种硬件机制，但它离不开软件（尤其是设备驱动程序）的配合。任何使用DMA进行数据传输的ISA设备驱动程序都必须遵循一定的框架。

5．1 DMA通道资源的申请与释放

同I/O端口资源类似，设备驱动程序必须在一开始就调用request_dma()函数来向内核申请DMA通道资源的使用权。而且，最好在设备驱动程序的open()方法中完成这个操作，而不是在模块的初始化例程中调用这个函数。因为这在一定程度上可以让多个设备共享DMA通道资源（只要多个设备不同时使用一个DMA通道）。这种共享有点类似于进程对CPU的分时共享。

设备使用完DMA通道后，其驱动程序应该记得调用free_dma()函数来释放所占用的DMA通道资源。通常，最好再驱动程序的release（）方法中调用该函数，而不是在模块的卸载例程中进行调用。

还需要注意的一个问题是：资源的申请顺序。为了避免死锁(deadlock)，驱动程序一定要在申请了中断号资源后才申请DMA通道资源。释放时则要先释放DMA通道，然后再释放中断号资源。

使用DMA的ISA设备驱动程序的open()方法的如下：

int xxx_open(struct inode * inode, struct file * filp)
{
┆
if((err = request_irq(irq,xxx_ISR,SA_INTERRUPT,"YourDeviceName",NULL))
return err;
if((err = request_dma(dmanr, "YourDeviceName")){
free_irq(irq, NULL);
return err;
}
┆
return 0;
}

release()方法的范例代码如下：

void xxx_release(struct inode * inode, struct file * filp)
{
┆
free_dma(dmanr);
free_irq(irq,NULL);
┆
}

5．2 申请DMA缓冲区

由于8237 DMAC只能寻址系统RAM中低16MB物理内存，因此：ISA设备驱动程序在申请DMA缓冲区时，一定要以GFP_DMA标志来调用kmalloc()函数或get_free_pages()函数，以便在系统内存的DMA区中分配物理内存。

5．3 编程DMAC

设备驱动程序可以在他的read()方法、write()方法或ISR中对DMAC进行编程，以便准备启动一个DMA传输事务。一个DMA传输事务有两种典型的过程：（1）用户请求设备进行DMA传输；（2）硬件异步地将外部数据写道系统中。

用户通过I/O请求触发设备进行DMA传输的步骤如下：

1.用户进程通过系统调用read()／write()来调用设备驱动程序的read()方法或write()方法，然后由设备驱动程序read／write方法负责申请DMA缓冲区，对DMAC进行编程，以准备启动一个DMA传输事务，最后正确地设置设备(setup device)，并将用户进程投入睡眠。

2.DMAC负责在DMA缓冲区和I/O外设之间进行数据传输，并在结束后触发一个中断。

3.设备的ISR检查DMA传输事务是否成功地结束，并将数据从DMA缓冲区中拷贝到驱动程序的其他内核缓冲区中（对于I/O device to memory的情况）。然后唤醒睡眠的用户进程。

硬件异步地将外部数据写到系统中的步骤如下：

1.外设触发一个中断通知系统有新数据到达。

2.ISR申请一个DMA缓冲区，并对DMAC进行编程，以准备启动一个DMA传输事务，最后正确地设置好外设。

3.硬件将外部数据写到DMA缓冲区中，DMA传输事务结束后，触发一个中断。

4. ISR检查DMA传输事务是否成功地结束，然后将DMA缓冲区中的数据拷贝驱动程序的其他内核缓冲区中，最后唤醒相关的等待进程。

网卡就是上述过程的一个典型例子。

为准备一个DMA传输事务而对DMAC进行编程的典型代码段如下：

unsigned long flags;
　　flags = claim_dma_lock();
　　disable_dma(dmanr);
　　clear_dma_ff(dmanr);
　　set_dma_mode(dmanr,mode);
　　set_dma_addr(dmanr, virt_to_bus(buf));
　　set_dma_count(dmanr, count);
　　enable_dma(dmanr);
　　release_dma_lock(flags);

检查一个DMA传输事务是否成功地结束的代码段如下：


int residue;
unsigned long flags = claim_dma_lock();
residue = get_dma_residue(dmanr);
release_dma_lock(flags);
ASSERT(residue == 0);