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DMA 在内核空间与用户空间

一、内核空间 DMA 的使用步骤

1.1 内核空间 DMA 映射（Coherent DMA Mapping）

• 使用 kmalloc 或类似函数分配物理连续内存（如 tx_buf 和 rx_buf）。
• 通过 DMA 映射 API 将内核空间缓冲区映射到外部设备。

2. 操作步骤：
• 将 DMA address 写入硬件的 DMA register。
• 对于数据发送，复制数据到 DMA 缓冲区。
• 启用 DMA 发送（完成后发送数据）。
• 对于数据接收，复制 DMA 缓冲区中的数据。
3. 中断处理：
• 如果是接收中断，禁用接收 DMA 中断，并复制数据。
• 如果是发送中断，撤销 DMA 映射，准备发送新数据。

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1.2 流 DMA 映射

4. 内核空间流 DMA 操作步骤：
• 提供物理连续内存缓冲区（tx_buf 和 rx_buf）。
• 将 data 传输到传输缓冲区（tx_buf）和接收缓冲区（rx_buf）。
• 使用 DMA 映射 API 创建 DMA 映射。
• 启用硬件设备的传输和接收功能。
2. 中断处理：
• 如果是传输完成中断，撤销 DMA 映射，释放缓冲区。
• 如果是接收中断，处理接收数据并恢复设备状态。

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二、用户空间 DMA 的支持

为了支持用户空间 DMA，需要在内核空间完成以下操作：

2.1 用户空间 DMA 的必要条件

3. 如何找到物理连续内存以进行 DMA 操作。
4. 如何创建流 DMA 映射。
5. 如何管理和删除 DMA 映射。
6. 如何获取接收数据。
7. 如何将数据放入发送缓冲区。

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2.2 uio-dma.c 的功能分析

uio-dma.c 是由 Max Krasnyansky 编写，用于支持用户空间 DMA 操作。

8. 功能模块：
• uio_dma_alloc：分配 DMA 区域。
• uio_dma_free：释放 DMA 区域。
• uio_dma_map：将 DMA 区域映射到设备。
• uio_dma_unmap：从设备中取消映射 DMA 区域。
2. **核心 API":
   • uio_dma_alloc(fd, size, cache, dma_mask, memnode)
   • uio_dma_map(fd, area, devid, dir)
   • uio_dma_unmap(fd, mapping)

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三、uio DMA 用户空间 API

3.1 allocating new DMA area

struct uio_dma_area *uio_dma_alloc(int fd, unsigned int size,
                                 unsigned int cache,
                                 uint64_t dma_mask,
                                 unsigned int memnode);

3. 参数说明：

   • fd：UIO DMA 文件描述符。
   • size：区域大小。
   • cache：缓存模式。
   • dma_mask：DMA 地址掩码。
   • memnode：内存节点。

4. 调用步骤：

• 通过 ioctl 调用 UIO_DMA_ALLOC 方法获取区域。
• 映射区域地址到用户空间，以便用户空间程序访问。

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3.2 freeing DMA area

int uio_dma_free(int fd, struct uio_dma_area *a);

5. 调用步骤：
• 通过 ioctl 调用 UIO_DMA_FREE 方法。
• 内核空间会释放分配的 DMA 区域，重置相关资源。

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3.3 mapping DMA area to device

int uio_dma_map(int fd, struct uio_dma_area *area, uint32_t devid, unsigned int dir);

6. 参数说明：

   • devid：UIO DMA 设备 ID。
   • dir：方向（DMA_TO_DEVICE 或 DMA_FROM_DEVICE）。

7. 调用步骤：

• 创建映射请求。
• 将 DMA 区域对应的物理地址映射到设备。
• 返回新的映射信息。

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3.4 unmap DMA area from device

int uio_dma_unmap(int fd, struct uio_dma_mapping *m);

8. 调用步骤： -撤销设备对 DMA 区域的映射。
• 释放设备资源。

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参考文献

9. 技术博客：DMA 在内核空间与用户空间