驱动开发学习20250521

DMA——直接内存访问

允许设备在没有CPU干预的情况下访问主存储器RAM，使CPU完成其他任务。当需要传输数据块时，处理器向DMA控制器提供源地址和目标地址以及总字节数，然后DMA控制器会自动将数据从源传输到目标，而不会占用CPU周期。剩余字节数为0时，块传输结束

DMA映射

• DMA映射包括分配DMA缓冲区和为其生成总线地址
• 映射分两种类型：一致DMA映射和流式DMA映射
• 一致DMA映射：可多次传输，会自动解决缓存一致性问题，存在于驱动程序的整个生命周期
• 流式DMA映射：会自动解决缓存一致性问题，可以在每次传输之间调用几个函数。在DMA传输完成时立即取消映射
• 流式映射的限制：
  （1）映射需要使用已分配的缓冲区
  （2）映射可以接受几个分散的不连续缓冲区
  （3）映射的缓冲区属于设备而不属于CPU。CPU使用缓冲区之前应该首先解除映射，这是为了缓存
  （4）对于写入事物（CPU到设备），驱动程序应该在映射之前将数据放入缓冲区
  （5）必须指定数据移动的方向，只能基于该方向使用数据
  流式映射的种类
  （1）单缓冲区映射：只允许单页映射
  （2）分散/聚集映射：传递多个缓冲区（分散在内存中）

从设备DMA步骤

1. 分配DMA从通道
2. 设置从设备和控制器的特定参数
3. 获取事务的描述符
4. 提交事务
5. 发起挂起的请求并等待回调通知
   注：DMA通道——I/O数据传输的高速公路

Linux设备模型

• 类的概念，对相同类型的设备或提供相同功能的设备进行分组（如鼠标和键盘都是输入设备）
• 通过sysfs虚拟文件系统与用户空间通信，以便用户空间管理和枚举设备及其公开的属性
• 管理对象声明周期，使用引用计数
• 电源管理，已处理设备关闭的程序
• 代码可重用性。类和框架提供接口，任何向它们注册的驱动程序都必须遵守
• LDM在内核中引入了面向对象的编程风格
• LDM上层依赖于总线、设备驱动程序和设备

总线

• 总线是设备和处理器之间的通道链路
• 总线控制器：管理总线并将其协议输出到设备的硬件实体
  总线数据结构

struct bus_type {
	const char *name;
	const char *dev_name;
	struct device *dev_root;
	struct device_attribute *dev_attrs;
	const struct attribute_group **bus_groups;
	const struct attribute_group **dev_groups;
	const struct attribute_group **drv_groups;

	int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
	int (*probe)(struct device *dev);
	int (*remove)(struct device *dev);
	void (*shutdown)(struct device *dev);

	int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
	int (*resume)(struct device *dev);

	const struct dev_pm_ops *pm;

	struct subsys_private *p;
	struct lock_class_key lock_key;
		
};

• match：回调，每当新设备或驱动程序添加到总线中时调用它，让总线确定某个设备能否由指定的驱动程序或其他逻辑处理，以及指定的驱动程序是否支持某个设备。对于枚举设备（PCIE,USB），验证通过将驱动程序支持的设备ID与指定设备的设备ID进行比较来实现
• probe：回调，在新设备或驱动程序添加到总线并匹配后调用，
• remove：当设备移除总线时调用
• suspend：总线上的设备需要进入睡眠模式时调用
• resume：总线上的设备退出睡眠模式时调用
• pm：总线电源管理
• drv_groups：表示总线上设备驱动程序的默认属性，传递给该字段的属性会被发送给总线上注册的每个驱动程序
• dev_groups：表示总线上设备的默认属性，传递给该字段的属性会被发送给总线上注册的每个设备
• bus_groups：保存一组默认属性，当总线注册到内核时，自动添加这组默认属性