驱动开发10.DMA

1、DMAs igangm ti. xi di an. edu. cnDMA D?v£A艮卩Direct Memory access无需计算机的CPU的干预就可以在内存和夕卜 设之间传输数据通常都有DMA控制器来进行DMA操作， DMA控制器可能是主板上的，也有可能是 外设特有的。为什么需要DMA? Windows中的 DMA传输基于这个模型传输模型Physical addressspaceMapregistersBus addressspace适配器对象（况cUpter） Windows 2000内核使用一个称为适配器对象的数 据结构来描述设备上的DMA特征，并用它来控制 访问潜在的共

2、享资源，如系统DMA通道和映射寄 存器通常在StartD evice函数中调用IoGetDmaAdapter获 得适配器对象适配器对象中有一个指针，指向一个 DmaOperationsK结构，该结构包含了所有需要 的DMA相关的其它函数，这些函数如下表DmaOperations FunctionPointerPutDmaAdapterAllocateCommonBuffer FreeCommonBuffer AllocateAdapterChannelFlushAdapterBuffersFreeAdapterChannel FreeMapRegisters MapTransfer GetDm

3、aAlignment ReadDmaCounterGetS c atterG atherListPutSc atterGatherLi stDescriptionDestroys adapter objectAllocates a common bufferReleases a common bufferReserves adapter and map registersFlushes intermediate data buffers after transferReleases adapter object and map registersReleases map registers o

4、nlyPrograms one stage of a transferGets address alignment required for adapterDetermines residual countReserves adapter and constructs scatter/gather listReleases scatter/gather list传输策略选择io如果设备有总线主控能力，那么它就有 访问主存的必要硬件部件，因此只需要告 诉它几个基本事实，如从哪开始，需要传 输多少单位的数据，是输入操作还是输出 操作，等等。可以向硬件设计者咨询或者 固件程序员咨询以得到细节部分，否

5、则只 能参考许多硬件级的说明文档。传输策略选择 2。一个有分散/聚集(scatter/gather)能力 的设备可以在自身与不连续的物理内存区 之间传输大块数据。设备的分散/聚集能力 对软件十分有利，它可以避免对具有连续 页帧的大块的内存的需求。页可以被简单 地锁定在所在的物理内存，只要把内存地 址告诉设备就可以进行。传输策略选择 3o如果设备不是总线主控设备，那么需要 使用计算机主板上的系统DMA控制器。这 种形式的DMA传输被称为从属DMA (slave DMA) o与ISA总线连接的系统DMA控制 器对所能访问的物理内存和一次传输的数 据量会有些限制。EISA总线的DMA控制器 去掉了这

6、些限制。在Windows 2000中，不必 知道硬件具体插入到哪种类型的总线，因 为系统自动参考这些不同的限定。 4o通常，DMA操作将包括编程硬件映射寄 存器或操作前后的数据复制。如果设备需 要连续地读写数据，我们不希望在每次I/O 请求中都做这两步，这将大大地降低处理 速度，在某些情况下也是不能接受的。因 此，应该分配一个公用缓冲区 (common buffer),设备和驱动程序可以在任何时间 同时访问这个缓冲区。说明在涉及DMA传输的过程中策略的选择是第 一步也是最重要的一步。不仅需要参考硬件，还要参考可能的软件 需求（主控，从属，包，通用缓冲区）尽管这四种因素的相互影响会产生许多种 不

7、同的结果，但执行的步骤中有许多共同 的特征。如下图显示了一次传输过程：Startlo routineFfQGAdapierChamelor FrseM&pRegisters执行DMA传输基于包(packet-based)的DMA传输。在这种方 式中，将使用IRP携带的数据缓冲区来传输 一是量萌数据。为了简单，让我们假设面对当前最普通的 情况：一个基于PCI的总线主控设备并且没 肴分散/聚集能另。为什么简单？下面按照程序编写的通常步骤来详细说明 DMA的过程缓冲方式当创建设备对象时，通常指定使用。加/缓 冲方式，即设置DO_DIRECT_IO标志。或 者在定义CTL_CODE时指定dir

8、ect input或者 direct output方式。因为调用的MapTransfer函数需要一个MDL 作为参数，这种方式会在彗一个IRP的 MdlAddress保存描述用户缓冲区的MDL创建和销毁适配器对象在处理start device的pnp请求时，我们除了要 取得IO,内存，中断资源外，还要创建一 个适配器对象(adapter obiect)。在处理stop device请求时，除了释放映射的 IO,内存资源，断开中断的连接外，还要 销毁适配器对象。例如：DMAJoc和其它资源区别前面讲过的IO,内存，和中断资源，我们 都回在一个CmResourceTypeXxx类型的 case 子

9、句中获得，这里不需要 CmResourceTypeDma 类型的 case 子句，因为 谟备是总线主控方式，硬件本身包含有执 行DMA传输所必须的所有电路逻辑，所以 系统没必要赋予设备DMA资源。获取DMA通道为了初始化一个I/O操作，Startlo例程必须 首先调用适配器对象的AllocateAdapterChannelfJ 程以获取适配器 对象。该函数的一个参数AdapterControl 例程的地址，I/O管理器将在获取操作完成 后调用这个例程。 Allo c ate A dap te r Channel函数的准备和调用过 程：DMA.docAllo cateAdapte rChanne

10、 1 何 时完成 Allo c ate A dap te rChannel 做什么？等待DMA控制器，和映射寄存器可用主控，从属，支持映射寄否？当DMA控制器，和映射寄存器都可用时， AllocateAdapterChanneliM Adapter Control列 程调用 AdapterControl Allo c ate A dap te rChannel最终将调用驱动程序 提供的AdapterControl例程（在 DISPATCH_LEVEL,就象Ssrtlo例程_样）。AdapterControl例程的两个任务：Ad况p terControl例程的两个任务第一，应该调用适配器对象的M

11、ap Tran s fer例程以 便为I/O操作的第一阶段准备映甯寄存器和其它系 统资源。如果是总线主控设备，M仇pTransfer将返 回一个代表传输第一阶段开始点的逻辑地址。这 个逻辑地址可能会与CPU的物理内存地址相同， 但也可能会不同。所需要知道的就是该地址就是 编程设备硬件的正确地址。第二个任务是执行与“通知设备这个物理地址” 操作中涉及的任何设备相关的操作步骤，然后开 始操作设备硬件：DMA.docDPC中断通常都发生在传输启动后的很短一段 时间后，弄且1st只假很少的事情，比如判 断中断类型清除中断状态位之后，1st通常都请求一个DPC来处理传输 第一阶段的完成，并开始下一个操作

12、。 DNIA.doc使用分散集中列表进行传输如果硬件支持分散/聚集能力，那么系统可以更容易地处 理设备的DMA传输。分散/聚集能力允许设备传输所涉及 的页在物理内存中不连续。这种设备的StartDevice例程在创建适配器对象上便用与前 面i寸论的同梓的方式，除了 ScatterGather标志应该设为传统方法在安排一个涉及分散/聚集功能的DMA传输时， 几乎等同于前面段“执行DRIA传输”中的基于包的例子。 唯一不同之处是毎需要为WW每个墮啟參次週鬼 MapTi-ansfei-o每茨调用后都荟得到分歆/鬆列耒中的一 个血含物理地址和长度的数组元素。当循环完成时，可以使用设备专用的方法把分散/

13、聚集列 表爱搖劲设蓉，姝启开始彳专输。DbLA.doc使用 Ge tS c a tte r Ga the r Lis t这种方法不用手动构建Scatter/gather列表 DMA.doc在决定使用GetScatterGatherList前，以下的 前提需要满足：程序运行在2000及以后系统，98/ME不支持 这个函数如果不确定或者为了程序的兼容性，应该 使用传统的循环获取Scatter/gather列表使用系统DMA控制器即 slave DMA所有slave设备必须共享有限数 量。AllocateAdapterChannel在这种共孚情形 中具有真正意义，因为一次只能有一个设 备可以使用特定

14、的通道可以在PnP管理器发送的I/O貨源列表中找 到一个 CmResourceTypeDma 资源。大部分方面和总线Master备类似，一些H 别使用公用缓冲区通常应该在StartDevice中，在创建适配器对 象后分配公用缓冲区：DIA.doc使用公用缓冲区的Slave模式DMA传输必须为接收数据的虚拟地址创建一个MDL。MDL 的实际目的是在最后调用MapTransfer中占用一个 参数，这个MDL指名不需要衽何数据复制。通常应该在St狄Device函数中，紧接着分配公用缓 冲区之后创建该MDL为了执行一个输出操作，首先应通过某些手段（如 一个明确的内存复制）使公用缓冲区中包含有要发 往到

15、设备的数据在输入操作的结尾，应该把数据从公用缓冲区复 制到其它某个地方使用公用缓冲区的Slave模式DMA传其它部分和进行基于包的DMA传输类似：调用AllocateAdapterChannel,该函数调用驱动程序提供 的适配器控制例程，这个例程又调用 I<eFlushIoBuffers（如果分配了 一个可被高速缓冲的 缓冲区），最后调用MapTransfero DPC例程将调用 FlushAdapterBuffers 和 F reeAdap ter Channel 函数。唯一要注意的是应该指定公用缓冲区的MDL来代 替读写IRP携带的MDL使用公用缓冲区的master模式DMA传输如果

16、哎备是总线主控模式，那么在分配公用缓冲 区后就没有必要调用Allo c ate Ad ap ter Ch annel、 MapTransfer、FreeMapRegisters 函数。因为AllocateCommonBuffer也能保留必要的映射寄 存器。每个总线主控设备都有一个适配器对象， 该对象不与其它设备共享，因此不必等待。由于 拥有可以在任何时间都能访问缓冲区的虚拟地址, 又由于设备的总线主控能力允许使因物理地址（由 AllocateCommonBuffer返回）访问该缓冲区，所以 没有额外的工作需要做。这是所有形式的DMA传输中最简单的。使用公用缓冲区的注意事项在运行系统中，物理上连续的内存是十分 稀有的，有时根本得不到这样的内存，除 非在系统启动的早期请求这样的内存。内 存管理器为了满足请求会对内存页进行重 排列，但它的尝试十分有限，并且这个过 程会推ISAIlocateCommon