【轉】scatterlist && DMA

原文：scatterlist && DMA

 

DMA是一種無須CPU的參與就可讓外設與系統內存之間進行雙向數據傳輸的硬件機制。使用DMA能夠是系統CPU從實際的IO數據傳輸過程當中擺脫出來，從而大大提

供系統的吞吐率。DMA方式的數據傳輸由DMA控制器(DMAC)控制，在傳輸期間，CPU能夠併發地執行其餘任務，當DMA結束後，DMAC經過中斷通知CPU數據傳輸已經結束，而後由CPU執行相應的中斷服務程序進行後續處理。

在內存中用於與外設交互數據的一塊區域被稱做DMA緩衝區，在設備不支持scatter/gatherCSG,分散/彙集操做的狀況下，DMA緩衝區必須是物理上聯繫的。

對於ISA設備而言，其DMA操做只能在16MB如下的內存進行，所以，在使用kmalloc()和__get_free_pages()及其相似函數申請DMA緩衝區時應使用GFP_DMA標誌，這樣能保證得到的內存是具有DMA能力的。

 

DMA的硬件使用總線地址而非物理地址，總線地址是從設備角度上看到的內存地址，物理地址是從CPU角度上看到的未經轉換的內存地址(通過轉換的那叫虛擬地址)。

在PC上，對於ISA和PCI而言，總線即爲物理地址，但並不是每一個平臺都是如此。因爲有時候接口總線是經過橋接電路被鏈接，橋接電路會將IO地址映射爲不一樣的物理地址。

 

設備不必定能在全部的內存地址上執行DMA操做，在這種狀況下應該經過下列函數執行DMA地址掩碼：

 

int dma_set_mask(struct device *dev, u64 mask);

 

 

DMA映射包括兩個方面的工做：

• 分配一片DMA緩衝區；
• 爲這片緩衝區產生設備可訪問的地址。

 

內核中提供了一下函數用於分配一個DMA一致性的內存區域：

void *dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp);

 

這個函數的返回值爲申請到的DMA緩衝區的虛擬地址。此外，該函數還經過參數handle返回DMA緩衝區的總線地址。與之對應的釋放函數爲：

void dma_free_coherent(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t handle);

如下函數用於分配一個寫合併(writecombinbing)的DMA緩衝區：

void *dma_alloc_writecombine(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp);

與之對應的是釋放函數：dma_free_writecombine(),它其實就是dma_free_conherent,只不過是用了#define重命名而已。

 

 

對於單個已經分配的緩衝區而言，使用dma_map_single()可實現流式DMA映射：

dma_addr_t dma_map_single(struct device *dev, void *buffer, size_t size, enum dma_data_direction direction);  
若是映射成功，返回的是總線地址，不然返回NULL.最後一個參數DMA的方向，可能取DMA_TO_DEVICE, DMA_FORM_DEVICE, DMA_BIDIRECTIONAL和DMA_NONE;

與之對應的反函數是：

void dma_unmap_single(struct device *dev,dma_addr_t *dma_addrp,size_t size,enum dma_data_direction direction);

 

 

MMC的scatter list相關操做

 

MMC做爲塊設備，它的存儲空間，最小單位由struct bio_vec 描述，它表明一段物理地址範圍。

 

struct bio_vec {
	struct page	*bv_page;
	unsigned int	bv_len;
	unsigned int	bv_offset;
};

一次塊設備傳輸請求，會涉及到不少個這樣的不連續的物理空間。不連續的物理空間，不能直接使用DMA

 

這時，能夠利用sg操做，讓每一個bio_vec結構，對應一個scatterlist結構：

struct scatterlist {
    unsigned long    page_link;
    unsigned int    offset;        /* buffer offset         */
    dma_addr_t    dma_address;    /* dma address             */
    unsigned int    length;        /* length             */
};

 

在MMC的請求處理函數中，遍歷每一request中全部bio_vec結構，對應一個scatterlis結構描述：

 

  rq_for_each_segment(bvec, rq, iter) {
        ... ...
        sg = sg_next(sg);           //指向sg鏈表中的下一個scatterlist                                 
        sg_set_page(sg, bvec->bv_page, bvec->bv_len, bvec->bv_offset);    //使用sg描述一個頁   
        ... ...        
  } 
  ... ...
  sg_mark_end(sg); //標誌sg鏈表到此sg節點就結束了

 

上面sg這個鏈表初始化代碼以下:

 

sg_init_table(mq->bounce_sg, bouncesz / 512);
第一個參數爲鏈表頭,第二個爲成員數量。

 

上邊所涉及到的幾個函數：

 

void sg_init_table(struct scatterlist *sg, unsigned int nents);

sg是sg鏈表（數組）的表頭，nents是要分配的數組的個數。

 

 

 

void sg_set_page(struct scatterlist *sg, struct page *page,
		     unsigned int len, unsigned int offset);
void sg_set_buf(struct scatterlist *sg, const void *buf,
	      	    unsigned int buflen);

使用指定的參數，填充sg結構。第一個以頁爲頁地址，偏移量，長度爲接線；第二個以地址和長度爲界限。

 

 

 

struct scatterlist *sg_next(struct scatterlist *sg);

返回下一個sg成員地址。

 

 

也有一個宏，來遍歷sg鏈表上的全部sg結構，它的使用方法一般以下：

 

int i;
    struct scatterlist *list, *sgentry;

    /* Fill in list and pass it to dma_map_sg().  Then... */
    for_each_sg(i, list, sgentry, nentries) {
	program_hw(device, sg_dma_address(sgentry), sg_dma_len(sgentry));
    }

 

 

sgentry爲sg鏈表入口，nentryies是sg數組（鏈表）總長。