Linux驱动之DMA框架（一）：DMA框架的基本轮廓

article/2025/11/5 10:31:16

DMA简介

DMA(Direct Memory Access,直接存储区访问)，用于在外设与存储器之间以及存储器与存储器之间提供高速数据传输。可以在无需任何 CPU 操作的情况下通过 DMA 快速移动数据，这样节省的 CPU 资源可供其它操作使用。现代的处理器或者是微控制器都内嵌了DMA控制器，主要负责管理DMA的行为。当我们进行数据传输时，处理器提供源地址、目的地址以及要传输数据的大小给DMA控制器，随后DMA便开始从源地址，不停地搬运数据到目的地址。直到要传输数据的大小为0时，DMA传输结束。
通常来讲，DMA 支持以下三种传输模式：（这里的外设一般指外设的数据寄存器或者FIFO的地址，存储器一般是指片内 SRAM、外部存储器、片内 Flash 等等）

  • 外设到存储器传输：将外设数据寄存器的内容，转移到特定的目标地址，比如使用DMA将摄像头采集的图像数据转移到显存的位置，实现液晶屏幕实时显示摄像头采集的图像；
  • 存储器到外设传输：将目的地址的内容转移至外设的数据寄存器中，常用于外设的发送通信，如串口DMA发送大量数据；
  • 存储器到存储器传输：把一个指定的存储区内容拷贝到另一个存储区空间。功能类似于 C 语言内存拷贝函数 memcpy，利用 DMA 传输可以达到更高的传输效率。

Linux DMA整体轮廓

DMA框架

DMA框架主要分为两个部分：DMA provider、DMA consumer以及DMA核心层。DMA provider，主要包括了各种SOC芯片的DMA控制器驱动代码，通常是由SOC芯片厂商提供；DMA consumer，“人”如其名，主要是用于消费（申请）DMA请求，对于SPI、I2C等控制器，SOC芯片厂商会在其驱动代码中去申请DMA通道，使能DMA传输；而DMA框架中，最为核心的一环，便是DMA核心层，它通过提供公共接口函数，减少了冗余代码之外，使得DMA consumer无须关心底层的变化，也就是说DMA consumer侧的驱动，只要使用了DMA核心层的API，无论你是移植到哪个平台，都能轻松实现DMA传输的功能。

DMA框架的大部分代码都是由Linux内核源码维护者以及芯片厂商进行维护，一般是不需要我们进行修改的。对于DMA控制器驱动，主要是由SOC芯片厂商编写，而DMA consumer中，涉及外设的主要是总线控制器驱动，这些驱动同样是由SOC芯片厂商提供，而存储器到存储器的传输模式，通常我们都使用C库函数memcpy、memset，并不会真的去实现使用DMA进行数据拷贝。

Linux DMA源码目录讲解（内核版本为5.4.47）

针对Linux DMA框架，我们可以把内核源码/driver/dma目录分为三个部分：DMA provider、DMA核心层以及DMA consumer。由于DMA consumer涉及到其它的驱动框架，这里就不一一列举。

DMA provider

目录/文件描述
drivers/dma/bestcomm/*Bestcomm DMA 控制器驱动源码
drivers/dma/dw/*Synopsys AHB DMA 控制器驱动源码
drivers/dma/dw-axi-dmac/*Synopsys AXI DMA 控制器驱动源码
drivers/dma/dw-edma/*Synopsys DesignWare eDMA 控制器驱动源码
drivers/dma/fsl-dpaa2-qdma/*NXP QDMA 控制器驱动源码
drivers/dma/hsu/*hsu(High Speed UART) DMA 核心代码
drivers/dma/ioat/*Intel I/OAT DMA 控制器驱动源码
drivers/dma/ipu/*飞思卡尔 IPU 核心代码
drivers/dma/mediatek/*MediaTek DMA 控制器驱动源码
drivers/dma/ppc4xx/*PPC440SPE ADMA 控制器驱动源码
drivers/dma/pxp/*NXP Pixel Pipeline（图形加速器） 驱动源码
drivers/dma/qcom/*Qualcomm DMA 控制器驱动源码
drivers/dma/sh/*Renesas SuperH DMA 控制器驱动源码
drivers/dma/ti/*Texas Instruments（TI） DMA 控制器驱动源码
drivers/dma/xilinx/*Xilinx DMA 控制器驱动源码
drivers/dma/sh/*Renesas SuperH DMA 控制器驱动源码
drivers/dma/sh/*Renesas SuperH DMA 控制器驱动源码
drivers/dma/imx-sdma.c飞思卡尔 SDMA 控制器核心代码
drivers/dma/stm32-dma.cSTMicroelectronics FDMA 控制器核心代码
……
drivers/dma/altera-msgdma.cAltera mSGDMA 控制器核心代码
drivers/dma/s3c24xx-dma.cS3C24XX DMA 控制器核心代码

表格中，列举了内核源码中部分目录以及文件的路径和说明，每个文件夹/文件都对应一个SOC芯片的DMA控制器驱动。这部分代码与硬件息息相关。每个文件都定义了对应的DMA控制器的寄存器地址，从设备树解析对应的节点（若支持设备树）、注册DMA 控制器驱动以及配置DMA传输等操作。

DMA核心层

文件描述
drivers/dma/dmaengine.cDMA框架的核心代码，提供硬件无关的接口函数
drivers/dma/of-dma.cDMA框架设备树相关的代码
include/linux/dmaengine.hDMA框架数据结构以及相关接口的头文件

DMA核心层，用于提供与硬件无关的接口函数。对于上层的DMA consumer，它提供了如何请求DMA传输的数据结构和接口；而对于下层的DMA 控制器驱动，则提供如何往Linux内核注册一个DMA设备的接口API，从而更好地实现DMA框架的分层。

总结

本文主要介绍了DMA的基本作用，以及内核源码中driver/dma目录的结构。尤其是DMA框架图，只是简单地介绍了整体的轮廓，对于DMA consumer、DMA provider和DMA核心层之间的相互联系、各个层所用到的数据结构，并没有过多的介绍。


http://chatgpt.dhexx.cn/article/PFpdTACM.shtml

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