2. Linux DMA子系统架构

Linux DMA 子系统通过一套统一的框架——DMA Engine，将不同厂商、不同硬件特性的 DMA 控制器抽象为标准的软件接口。本章深入剖析该框架的核心数据结构与分层设计，帮助开发者理解 DMA 通道的申请、配置与传输控制机制。

2.1 DMA Engine 框架分层

DMA Engine 框架位于内核 drivers/dma/ 目录下，采用经典的三层架构：

• DMA Engine 核心层：提供通用 API（如 dma_request_channel()、dmaengine_prep_slave_sg()），管理通道生命周期与传输描述符。
• DMA 控制器驱动层：实现 struct dma_device 中的回调函数，直接操作硬件寄存器。
• DMA 用户层：包括 ALSA、MMC、SPI 等子系统，通过核心层 API 发起 DMA 传输请求。

2.2 核心结构体：dma_device

struct dma_device 是 DMA 控制器驱动的“身份证”，定义在 include/linux/dmaengine.h 中。它描述了控制器的能力、支持的传输类型以及所有操作回调。

2.3 通道抽象：dma_chan

struct dma_chan 代表一个已分配的 DMA 通道实例。用户驱动通过 dma_request_channel() 获得该结构体指针，后续所有传输操作都基于它进行。

struct dma_chan {
    struct dma_device *device;      /* 所属 DMA 控制器 */
    dma_cookie_t cookie;            /* 当前传输的 cookie 值 */
    struct list_head global_node;   /* 全局通道链表节点 */
    void *private;                  /* 控制器驱动私有数据 */
    const char *name;               /* 通道名称，用于调试 */
    int chan_id;                    /* 通道 ID，在控制器内唯一 */
    struct dma_chan_dev *dev;       /* 通道对应的字符设备，用于 sysfs */
};

通道的生命周期管理遵循以下流程：

1. 申请：用户驱动调用 dma_request_channel()，核心层遍历全局通道池，匹配 cap_mask 和过滤函数。
2. 配置：通过 dmaengine_slave_config() 设置源/目标地址、数据宽度、突发大小等参数。
3. 使用：准备描述符 → 提交 → 等待完成回调。
4. 释放：调用 dma_release_channel()，核心层将通道归还到空闲池。

2.4 DMA 控制器抽象层：统一硬件差异

不同 SoC 的 DMA 控制器在寄存器布局、通道数量、传输粒度上差异巨大。DMA Engine 通过以下机制实现抽象：

• 能力掩码（cap_mask）：用户驱动通过 dma_has_cap() 查询控制器是否支持 MEMCPY、SLAVE、CYCLIC 等操作。
• 虚拟通道（virt-dma）：核心层提供 struct virt_dma_chan 辅助实现，将硬件通道与软件描述符队列解耦，简化驱动开发。
• 描述符重用：通过 dmaengine_desc_set_reuse() 和 dmaengine_desc_get_reuse() 减少内存分配开销，适用于环形缓冲区场景。

2.5 本章小结