中断/IO/DMA

一.中断操作

与Linux设备驱动中中断处理相关的首先是申请与释放IRQ的API request_irq()和free_irq()，request_irq()的原型为：
int request_irq(unsigned int irq,
void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs),
unsigned long irqflags,
const char * devname,
void *dev_id); 
irq是要申请的硬件中断号；
handler是向系统登记的中断处理函数，是一个回调函数，中断发生时，系统调用这个函数，dev_id参数将被传递；
irqflags是中断处理的属性，若设置SA_INTERRUPT，标明中断处理程序是快速处理程序，快速处理程序被调用时屏蔽
所有中断，慢速处理程 序不屏蔽；若设置SA_SHIRQ，则多个设备共享中断，dev_id在中断共享时会用到，一般设置为
这个设备的device结构本身或者NULL。
free_irq()的原型为：
void free_irq(unsigned int irq,void *dev_id); 
Linux中断分为两个半部：上半部（tophalf）和下半部(bottom half)。
上半部的功能是"登记中断"，当一个中断发生时，它进行相应地硬件读写后就把中断例程的下半部挂到该设备的下半部
执行队列中去。
二.内存/IO/DMA操作
1.kmalloc
#include <linux/slab.h> void *kmalloc(size_t size, int flags); 
给 kmalloc 的第一个参数是要分配的块的大小. 
第 2 个参数, 分配标志. 
GFP_ATOMIC 
用来从中断处理和进程上下文之外的其他代码中分配内存. 从不睡眠. 
GFP_KERNEL 
内核内存的正常分配. 可能睡眠. 
GFP_USER 
用来为用户空间页来分配内存; 它可能睡眠. 
2.IO内存
IO内存映射方式提供了统一的内存编址方式来访问设备IO，就像你访问系统内存一样。
IO 端口映射：
Linux为那些并不支持IO地址空间的平台提供了IO端口操作函数，他们实际上还是通过访问IO内存映射地址来访问的。因此，
不管你的程序是使用IO端口映射还是IO内存映射，它都可以很好的运行到各种平台上。
在使用IO设备之前我们必须向Linux内核申请使用的资源，因此通常在我们的设备初始化函数或探测函数之中会有如下的代码：
if (!request_region(io_addr, IO_NUM, DRV_NAME))
return -ENODEV;
如果成功申请了IO端口资源，那么我们就可以调用IO端口访问函数来访问IO端口了，：
inb(unsigned port)
outb(u8 v, unsigned port)
inw(unsigned port)
oubw(u16 v, unsigned port)
inl(unsigned port)
outl(u32 v, unsigned port) 
IO内存映射（memory-mapped）
Linux内核提供了两种操作IO内存的函数，一组类似于IO端口函数用于读取1、2、4个字节数据，定义在头文件中：
ioread8(p)
ioread16(p)
ioread32(p)
iowrite8(v,p)
iowrite16(v,p)
iowrite32(v,p)
同样在使用IO内存之前，你需要向Linux内核申请IO区域：
request_mem_region(mapbase, size, DRVNAME)
申请完IO区域后，你还不能直接使用它们，你必须把这个地址映射到Linux内核的虚拟地址空间中来，这个操作是通过ioremap函数来实现的，请参考头文件：
membase = ioremap(mapbase, size);
通过这两步操作后，你就可以调用IO内存函数来访问设备IO了。
IO端口重映射
ioremap是将IO内存映射到Linux内核的虚拟地址空间中。这个函数同样定义在头文件中：
extern void __iomem *ioport_map(unsigned long port, unsigned int nr);
extern void ioport_unmap(void __iomem *addr);
3.DMA操作
1.DMA驱动主要数据结构（linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.h） 
S3C2410有四通道DMA，每通道有9个控制寄存器：6个控制寄存器控制DMA传输，其它3个监视DMA控制器状态。
(1)DMA单个内核缓冲区数据结构：
typedef struct dma_buf_s {
int size; /* buffer size：缓冲大小 */
dma_addr_t dma_start; /* starting DMA address ：缓冲区起始物理地址*/
int ref; /* number of DMA references 缓冲区起始虚拟地址*/
void *id; /* to identify buffer from outside 标记 */
int write; /* 1: buf to write , 0: buf to read DMA读还是写*/
struct dma_buf_s *next; /* next buf to process 指向下一个缓冲区结构*/
} dma_buf_t;
（2）DMA寄存器数据结构
/* DMA control register structure */
typedef struct {
volatile u_long DISRC;/源地址寄存器
volatile u_long DISRCC;//源控制寄存器
volatile u_long DIDST;//目的寄存器
volatile u_long DIDSTC;//目的控制寄存器
volatile u_long DCON;//DMA控制寄存器
volatile u_long DSTAT;//状态寄存器
volatile u_long DCSRC;//当前源
volatile u_long DCDST;//当前目的
volatile u_long DMASKTRIG;//触发掩码寄存器
} dma_regs_t;
（3）DMA设备数据结构
/* DMA device structre */
typedef struct {
dma_callback_t callback;//DMA操作完成后的回调函数，在中断处理例程中调用
u_long dst;//目的寄存器内容
u_long src;//源寄存器内容
u_long ctl;//此设备的控制寄存器内容
u_long dst_ctl;//目的控制寄存器内容
u_long src_ctl;//源控制寄存器内容
} dma_device_t;
（4）DMA通道数据结构
/* DMA channel structure */
typedef struct {
dmach_t channel;//通道号：可为0，1，2，3
unsigned int in_use; /* Device is allocated 设备是否已*/
const char *device_id; /* Device name 设备名*/
dma_buf_t *head; /* where to insert buffers 该DMA通道缓冲区链表头*/
dma_buf_t *tail; /* where to remove buffers该DMA通道缓冲区链表尾*/
dma_buf_t *curr; /* buffer currently DMA'ed该DMA通道缓冲区链表中的当前缓冲区*/
unsigned long queue_count; /* number of buffers in the queue 链表中缓冲区个数*/
int active; /* 1 if DMA is actually processing data 该通道是否已经在使用*/
dma_regs_t *regs; /* points to appropriate DMA registers 该通道使用的DMA控制寄存器*/
int irq; /* IRQ used by the channel //通道申请的中断号*/
dma_device_t write; /* to write //执行读操作的DMA设备*/
dma_device_t read; /* to read 执行写操作的DMA设备*/
} s3c2410_dma_t;
以下分配了四个DMA通道：
s3c2410_dma_t dma_chan[MAX_S3C2410_DMA_CHANNELS];
每个DMA通道维护着一个多缓冲区组成的单链表等待队列，执行DMA操作时先更新DMA通道控制寄存器内容，再依次摘取当前缓冲区投入使用，缓冲区头指针顺次前移；需要插入新的缓冲区时，
可从head或tail插入； 
3.DMA驱动主要函数功能分析（linux/arch/arm/mach-s3c2410/dma.c） 
写一个DMA驱动的主要工作包括：DMA通道申请、DMA中断申请、控制寄存器设置、挂入DMA等待队列、清除DMA中断、释放DMA通道。Dma.c中对这些工作作了很好的实现，以下具体分析关键函数：
int s3c2410_request_dma(const char *device_id, dmach_t channel, 
dma_callback_t write_cb, dma_callback_t read_cb) (s3c2410_dma_queue_buffer);
函数描述：申请某通道的DMA资源，填充s3c2410_dma_t 数据结构的内容，申请DMA中断。
输入参数：device_id DMA 设备名；channel 通道号；
write_cb DMA写操作完成的回调函数；read_cb DMA读操作完成的回调函数
输出参数：若channel通道已使用，出错返回；否则，返回0
int s3c2410_dma_queue_buffer(dmach_t channel, void *buf_id, 
dma_addr_t data, int size, int write) (s3c2410_dma_stop);
函数描述：这是DMA操作最关键的函数，它完成了一系列动作：分配并初始化一个DMA内核缓冲区控制结构，并将它插入DMA等待队列，设置DMA控制寄存器内容，等待DMA操作触发
输入参数： channel 通道号；buf_id,缓冲区标识
dma_addr_t data DMA数据缓冲区起始物理地址；size DMA数据缓冲区大小；write 是写还是读操作
输出参数：操作成功，返回0；否则，返回错误号
int s3c2410_dma_stop(dmach_t channel) 
函数描述：停止DMA操作。
int s3c2410_dma_flush_all(dmach_t channel) 
函数描述：释放DMA通道所申请的所有内存资源
void s3c2410_free_dma(dmach_t channel) 
函数描述：释放DMA通道
因为各函数功能强大，一个完整的DMA驱动程序中一般只需调用以上3个函数即可。可在驱动初始化中调用s3c2410_request_dma，开始DMA传输前调用s3c2410_dma_queue_buffer，
释放驱动模块时调用s3c2410_free_dma。