驱动移植过程中DMA内存相关接口替换

1. 相关概念介绍及移植简介
1.1 物理地址与总线地址
1）物理地址是与CPU相关的。在CPU的地址信号线上产生的就是物理地址，在程序指令中的的虚拟地址经过段映射和页面映射后，就生成了物理地址，这个物理地址被放到CPU的地址线上。
2）总线地址，顾名思义，是与总线相关的，外设使用的就是总线地址。
在x86平台下，外设的I/O地址是独立的，即有专门的指令访问外设I/O，I/O地址就是所谓的“总线地址”。而“物理地址”就是RAM地址。
在ARM平台下，I/O和RAM统一编址，即“总线地址”就是“物理地址”。
Linux系统无论是在内核还是用户空间，都是直接使用“虚拟地址”访问内存或I/O空间，因此要访问外设I/O，必须将I/O地址转换成“虚拟地址”才能够进行访问。
MMU启动前程序中的地址为“物理地址”，和硬件手册中规定的地址一致。MMU启动后程序中的地址为“虚拟地址”，“虚拟地址”和“物理地址”之间的关系参照MMU地址映射表。
1.2 移植介绍
在移植Linux驱动的过程中，会遇到很多非POSIX接口，这些接口是跟Linux系统相关的，而在SylixOS中并未提供兼容接口，因此在替换过程中，需要结合SylixOS本身提供的一些机制实现一套兼容接口，在替换过程中为了保持与linux接口的兼容性，将不改变函数的原型，而只是将内部实现替换成SylixOS接口实现。
本篇将介绍在移植Linux驱动过程中有关DMA内存操作的相关接口的替换方案，注意，本文档提供的替换方案仅适用于“物理地址”和“总线地址”相同的硬件平台。
2. DMA内存相关接口介绍及替换
在移植过程中主要遇到的和DMA内存相关操作的接口如表 2-1所示。
表 2-1 Linux DMA内存相关操作接口

系统接口 接口功能 dma_alloc_coherent 分配一片DMA一致性的内存区域 dma_free_coherent 释放一片DMA一致性内存 dma_pool_create 创建一片DMA内存池 dma_pool_alloc 从DMA内存池中分配一块DMA内存 dma_pool_free 释放DMA内存到DMA内存池中 dma_pool_destroy 销毁DMA内存池

2.1 一致性内存相关接口介绍及替换
2.1.1 分配一致性内存
1）Linux接口介绍
Linux内核提供相应接口用于分配一个DMA一致性的内存区域。

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

函数dma_alloc_coherent原型分析：
此函数成功时返回分配的缓冲区地址，失败时返回NULL；
参数dev为设备结构，SylixOS没有提供该结构，因此在实际替换中，对该参数进行了修改；
参数size为分配的DMA内存大小；
参数handle为分配的DMA内存的地址；
参数gfp为分配内存标志。
2）SylixOS接口替换
在SylixOS内核中提供分配DMA内存的接口，且DMA内存是一致性内存，因此为保持兼容，dma_alloc_coherent接口在SylixOS中的实现如程序清单 2-1所示。
程序清单 2-1 dma_alloc_coherent接口实现

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);}

主要调用了API_VmmDmaAllocAlign分配DMA物理内存并将DMA地址返回。与Linux中的不同点在于该替换接口返回的是DMA内存地址，而Linux返回的是handle所对应的虚拟地址，提供给用户使用。
2.1.2 释放一致性内存
1）Linux接口介绍
Linux内核提供相应接口用于释放DMA一致性的内存区域。

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

函数dma_free_coherent原型分析：
参数dev为设备结构，SylixOS没有提供该结构，因此在实际替换中，对该参数进行了修改；
参数size为分配的DMA内存大小；
参数cpu_addr为待释放的缓冲区地址；
参数handle为DMA地址的值。
2）SylixOS接口替换
在SylixOS中提供释放DMA内存的接口，因此为了兼容，释放DMA内存实现如程序清单 2-2所示。
程序清单 2-2 dma_free_coherent接口实现

void dma_free_coherent(void *dev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t handle){    API_VmmDmaFree ((void *)handle);}

由于在SylixOS中DMA内存的物理地址和虚拟地址是一一对应的，因此cpu_addr和handle在数值上是相同的。
2.2 DMA内存池相关接口介绍及替换
2.2.1 创建DMA内存池
1）Linux接口介绍
Linux内核提供相应接口用于创建DMA内存池。

struct dma_pool *dma_pool_create(const char     *name,                                   struct device *dev,                                  size_t         size,                                   size_t         align,                                   size_t         boundary)

函数dma_pool_create原型分析：
此函数成功时返回DMA池的结构指针，由于SylixOS没有提供该结构，因此在替换过程中接口返回值做了修改。失败时返回NULL；
参数name为DMA池的名字；
参数dev为设备结构，SylixOS没有提供该结构，因此在实际替换中，对该参数进行了修改；
参数size为从该DMA池中分配的缓冲区的大小；
参数align为从该池分配时所遵循的对齐原则；
参数boundary表示从该DMA池返回的内存不能越过2的boundary次方的边界。
2）SylixOS接口替换
SylixOS提供定长内存管理机制，因此创建DMA内存池接口实现如程序清单 2-3所示。
程序清单 2-3 dma_pool_create接口实现

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;}

主要实现过程是通过调用API_VmmDmaAllocAlign分配一片DMA内存，调用Lw_Partition_Create对该DMA内存进行管理。此接口成功返回DMA内存池的地址，失败返回NULL。
2.2.2 从DMA内存池获取内存块
1）Linux接口介绍
Linux内核提供相应接口用于从DMA内存池中获取内存块。

void *dma_pool_alloc(struct dma_pool    *pool,                       gfp_t                  mem_flags,                      dma_addr_t        *handle)

函数dma_pool_alloc原型分析：
此函数成功时返回从DMA池中获取的内存块的地址，失败时返回NULL；
参数pool为创建DMA池时返回的结构体指针，由于SylixOS没有提供该结构，因此在替换过程中接口返回值做了修改；
参数mem_flags为分配内存标志；
参数handle为获取的内存块的DMA地址。
2）SylixOS接口替换
SylixOS提供从创建的定长内存中获取内存块，因此从DMA内存池中获取内存块的实现如程序清单 2-4所示。
程序清单 2-4 dma_pool_alloc接口实现

void *dma_pool_alloc(LW_OBJECT_HANDLE  ulId, gfp_t mem_flags,             dma_addr_t *handle){    void *alloc;    alloc = Lw_Partition_Allocate(ulId);    /*     * 由于内存是直接从dma内存中分配，因此，物理地址和虚拟地址一样，     * 不需要调用API_VmmVirtualToPhysical((addr_t)alloc, handle);进行转换。     */    *handle = (dma_addr_t)alloc;    return alloc;}

主要调用定长内存分配接口从定长内存中获取内存块，其中ulId是创建内存池成功时产生的句柄，通过该句柄可以从指定的内存池中获取内存块。
2.2.3 释放内存块到内存池中
1）Linux接口介绍
Linux内核提供相应接口用于释放内存块到DMA内存池中。

void dma_pool_free(struct dma_pool *pool,                     void           *vaddr,                     dma_addr_t      dma)

函数dma_pool_free原型分析：
参数pool为创建DMA池时返回的结构体指针，由于SylixOS没有提供该结构，因此在替换过程中接口返回值做了修改；
参数vaddr为从DMA池中获取的内存块的地址；
参数dma为DMA池中获取的内存块的地址对应的DMA地址。
2）SylixOS接口替换
通过调用定长内存释放函数可实现将分配的内存返还到定长内存中，具体实现如程序清单 2-5所示。
程序清单 2-5 dma_pool_free接口实现

void dma_pool_free(LW_OBJECT_HANDLE  ulId, void *vaddr, dma_addr_t dma){    Lw_Partition_Free(ulId, vaddr);}

2.2.4 销毁DMA内存池
1）Linux接口介绍
Linux内核提供相应接口用于销毁DMA内存池。

void dma_pool_destroy(struct dma_pool *pool)

函数dma_pool_free原型分析：
参数pool为创建DMA池时返回的结构体指针，由于SylixOS没有提供该结构，因此在替换过程中接口返回值做了修改；
2）SylixOS接口替换
通过调用删除定长内存函数即可销毁DMA内存池，具体实现如程序清单 2-6所示。
程序清单 2-6 dma_pool_destroy接口实现

void dma_pool_destroy(LW_OBJECT_HANDLE   *pulId){    Lw_Partition_Delete (pulId);}

3. 总结
在移植过程中，经常会遇到平台相关的接口，虽然SylixOS没有直接提供相应的接口进行替换，但是如果理解该接口的实现目的，那么就可以通过SylixOS本身的机制实现相同的功能。当然需要对SylixOS本身提供的机制与方法有所了解，才能够轻松地进行接口替换。