驅動移植過程中DMA內存相關接口替換
1. 相關概念介紹及移植簡介
1.1 物理地址與總線地址
1）物理地址是與CPU相關的。在CPU的地址信號線上產生的就是物理地址，在程序指令中的的虛擬地址經過段映射和頁面映射後，就生成了物理地址，這個物理地址被放到CPU的地址線上。
2）總線地址，顧名思義，是與總線相關的，外設使用的就是總線地址。
在x86平臺下，外設的I/O地址是獨立的，即有專門的指令訪問外設I/O，I/O地址就是所謂的“總線地址”。而“物理地址”就是RAM地址。
在ARM平臺下，I/O和RAM統一編址，即“總線地址”就是“物理地址”。
Linux系統無論是在內核還是用戶空間，都是直接使用“虛擬地址”訪問內存或I/O空間，因此要訪問外設I/O，必須將I/O地址轉換成“虛擬地址”才能夠進行訪問。
1.2 移植介紹
在移植Linux驅動的過程中，會遇到很多非POSIX接口，這些接口是跟Linux系統相關的，而在SylixOS中並未提供兼容接口，因此在替換過程中，需要結合SylixOS本身提供的一些機制實現一套兼容接口，在替換過程中為了保持與linux接口的兼容性，將不改變函數的原型，而只是將內部實現替換成SylixOS接口實現。
本篇將介紹在移植Linux驅動過程中有關DMA內存操作的相關接口的替換方案，註意，本文檔提供的替換方案僅適用於“物理地址”和“總線地址”相同的硬件平臺。
在移植過程中主要遇到的和DMA內存相關操作的接口如表 2-1所示。
表 2-1 Linux DMA內存相關操作接口
| 系統接口 | 接口功能 |
|---|---|
| dma_alloc_coherent | 分配一片DMA一致性的內存區域 |
| dma_free_coherent | 釋放一片DMA一致性內存 |
| dma_pool_create | 創建一片DMA內存池 |
| dma_pool_alloc | 從DMA內存池中分配一塊DMA內存 |
| dma_pool_free | 釋放DMA內存到DMA內存池中 |
| dma_pool_destroy | 銷毀DMA內存池 |
2.1 一致性內存相關接口介紹及替換
2.1.1 分配一致性內存
1）Linux接口介紹
Linux內核提供相應接口用於分配一個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) 函數dma_alloc_coherent原型分析：
此函數成功時返回分配的緩沖區地址，失敗時返回NULL；
參數dev為設備結構，SylixOS沒有提供該結構，因此在實際替換中，對該參數進行了修改；
參數size為分配的DMA內存大小；
參數handle為分配的DMA內存的地址；
參數gfp為分配內存標誌。
2）SylixOS接口替換
在SylixOS內核中提供分配DMA內存的接口，且DMA內存是一致性內存，因此為保持兼容，dma_alloc_coherent接口在SylixOS中的實現如程序清單 2-1所示。
程序清單 2-1 dma_alloc_coherent接口實現
void *dma_alloc_coherent(void *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp)
{
*handle = (dma_addr_t )API_VmmDmaAllocAlign(size, size);
if(0 == *handle) {
*handle = ~0;
return NULL;
}
return (void *)(*handle);
} 主要調用了API_VmmDmaAllocAlign分配DMA物理內存並將DMA地址返回。與Linux中的不同點在於該替換接口返回的是DMA內存地址，而Linux返回的是handle所對應的虛擬地址，提供給用戶使用。
2.1.2 釋放一致性內存
1）Linux接口介紹
Linux內核提供相應接口用於釋放DMA一致性的內存區域。
void dma_free_coherent(struct device *dev,
size_t size,
void *cpu_addr,
dma_addr_t handle) 函數dma_free_coherent原型分析：
參數dev為設備結構，SylixOS沒有提供該結構，因此在實際替換中，對該參數進行了修改；
參數size為分配的DMA內存大小；
參數cpu_addr為待釋放的緩沖區地址；
參數handle為DMA地址的值。
2）SylixOS接口替換
在SylixOS中提供釋放DMA內存的接口，因此為了兼容，釋放DMA內存實現如程序清單 2-2所示。
程序清單 2-2 dma_free_coherent接口實現
void dma_free_coherent(void *dev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t handle)
{
API_VmmDmaFree ((void *)handle);
} 由於在SylixOS中DMA內存的物理地址和虛擬地址是一一對應的，因此cpu_addr和handle在數值上是相同的。
2.2 DMA內存池相關接口介紹及替換
2.2.1 創建DMA內存池
1）Linux接口介紹
Linux內核提供相應接口用於創建DMA內存池。
struct dma_pool *dma_pool_create(const char *name,
struct device *dev,
size_t size,
size_t align,
size_t boundary) 函數dma_pool_create原型分析：
此函數成功時返回DMA池的結構指針，由於SylixOS沒有提供該結構，因此在替換過程中接口返回值做了修改。失敗時返回NULL；
參數name為DMA池的名字；
參數dev為設備結構，SylixOS沒有提供該結構，因此在實際替換中，對該參數進行了修改；
參數size為從該DMA池中分配的緩沖區的大小；
參數align為從該池分配時所遵循的對齊原則；
參數boundary表示從該DMA池返回的內存不能越過2的boundary次方的邊界。
2）SylixOS接口替換
SylixOS提供定長內存管理機制，因此創建DMA內存池接口實現如程序清單 2-3所示。
程序清單 2-3 dma_pool_create接口實現
void *dma_pool_create(LW_OBJECT_HANDLE *ulId, void *dev,
size_t size, size_t align, size_t boundary)
{
PVOID pucDMAPool = NULL;
pucDMAPool = API_VmmDmaAllocAlign(size, align);
if (pucDMAPool == NULL) {
return NULL;
}
*ulId = Lw_Partition_Create("my_partition",
pucDMAPool,
size *2,
4096/64,
LW_OPTION_OBJECT_GLOBAL,
LW_NULL);
return pucDMAPool;
} 主要實現過程是通過調用API_VmmDmaAllocAlign分配一片DMA內存，調用Lw_Partition_Create對該DMA內存進行管理。此接口成功返回DMA內存池的地址，失敗返回NULL。
2.2.2 從DMA內存池獲取內存塊
1）Linux接口介紹
Linux內核提供相應接口用於從DMA內存池中獲取內存塊。
void *dma_pool_alloc(struct dma_pool *pool,
gfp_t mem_flags,
dma_addr_t *handle) 函數dma_pool_alloc原型分析：
此函數成功時返回從DMA池中獲取的內存塊的地址，失敗時返回NULL；
參數pool為創建DMA池時返回的結構體指針，由於SylixOS沒有提供該結構，因此在替換過程中接口返回值做了修改；
參數mem_flags為分配內存標誌；
參數handle為獲取的內存塊的DMA地址。
2）SylixOS接口替換
SylixOS提供從創建的定長內存中獲取內存塊，因此從DMA內存池中獲取內存塊的實現如程序清單 2-4所示。
程序清單 2-4 dma_pool_alloc接口實現
void *dma_pool_alloc(LW_OBJECT_HANDLE ulId, gfp_t mem_flags,
dma_addr_t *handle)
{
void *alloc;
alloc = Lw_Partition_Allocate(ulId);
/*
* 由於內存是直接從dma內存中分配，因此，物理地址和虛擬地址一樣，
* 不需要調用API_VmmVirtualToPhysical((addr_t)alloc, handle);進行轉換。
*/
*handle = (dma_addr_t)alloc;
return alloc;
} 主要調用定長內存分配接口從定長內存中獲取內存塊，其中ulId是創建內存池成功時產生的句柄，通過該句柄可以從指定的內存池中獲取內存塊。
2.2.3 釋放內存塊到內存池中
1）Linux接口介紹
Linux內核提供相應接口用於釋放內存塊到DMA內存池中。
void dma_pool_free(struct dma_pool *pool,
void *vaddr,
dma_addr_t dma) 函數dma_pool_free原型分析：
參數pool為創建DMA池時返回的結構體指針，由於SylixOS沒有提供該結構，因此在替換過程中接口返回值做了修改；
參數vaddr為從DMA池中獲取的內存塊的地址；
參數dma為DMA池中獲取的內存塊的地址對應的DMA地址。
2）SylixOS接口替換
通過調用定長內存釋放函數可實現將分配的內存返還到定長內存中，具體實現如程序清單 2-5所示。
程序清單 2-5 dma_pool_free接口實現
void dma_pool_free(LW_OBJECT_HANDLE ulId, void *vaddr, dma_addr_t dma)
{
Lw_Partition_Free(ulId, vaddr);
}2.2.4 銷毀DMA內存池
1）Linux接口介紹
Linux內核提供相應接口用於銷毀DMA內存池。
void dma_pool_destroy(struct dma_pool *pool)
函數dma_pool_free原型分析：
參數pool為創建DMA池時返回的結構體指針，由於SylixOS沒有提供該結構，因此在替換過程中接口返回值做了修改；
2）SylixOS接口替換
通過調用刪除定長內存函數即可銷毀DMA內存池，具體實現如程序清單 2-6所示。
程序清單 2-6 dma_pool_destroy接口實現
void dma_pool_destroy(LW_OBJECT_HANDLE *pulId)
{
Lw_Partition_Delete (pulId);
}3. 總結
在移植過程中，經常會遇到平臺相關的接口，雖然SylixOS沒有直接提供相應的接口進行替換，但是如果理解該接口的實現目的，那麽就可以通過SylixOS本身的機制實現相同的功能。當然需要對SylixOS本身提供的機制與方法有所了解，才能夠輕松地進行接口替換。
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驅動移植過程中DMA內存相關接口替換