4. DMA传输方向与类型

DMA 传输的核心在于根据数据流向和传输模式选择正确的配置。Linux DMA Engine 框架抽象了四种标准传输类型，驱动开发者必须理解每种类型的语义、适用场景以及硬件约束，才能正确初始化描述符并处理完成回调。

4.1 四种传输类型概述

下表对比了四种 DMA 传输类型的核心特征、典型应用场景以及关键注意事项：

4.2 内存到内存 (MEMCPY)

MEMCPY 传输将数据从一块内存区域拷贝到另一块内存区域，完全由 DMA 控制器完成，不涉及任何外设。这是最简单的 DMA 传输类型，也是验证 DMA 控制器基本功能的首选测试用例。

在 Linux DMA Engine 中，MEMCPY 传输通过 dmaengine_prep_dma_memcpy() 接口创建描述符：

struct dma_async_tx_descriptor *desc;
dma_addr_t src_dma, dst_dma;

/* 将源和目标缓冲区映射到 DMA 地址 */
src_dma = dma_map_single(dev, src_buf, size, DMA_TO_DEVICE);
dst_dma = dma_map_single(dev, dst_buf, size, DMA_FROM_DEVICE);

/* 创建 MEMCPY 描述符 */
desc = dmaengine_prep_dma_memcpy(chan, dst_dma, src_dma, size, flags);
if (!desc) {
    dev_err(dev, "Failed to prepare MEMCPY descriptor\n");
    goto err_unmap;
}

desc->callback = memcpy_done_callback;
desc->callback_param = &cb_data;

/* 提交并启动传输 */
dmaengine_submit(desc);
dma_async_issue_pending(chan);

4.3 内存到设备 (MEM_TO_DEV) 与设备到内存 (DEV_TO_MEM)

这两种类型是 DMA 传输中最常用的模式，分别对应数据从内存发送到外设（如网卡发送、音频播放）和从外设接收数据到内存（如网卡接收、音频采集）。

它们的核心区别在于数据流向和地址映射方向：

• MEM_TO_DEV：使用 dmaengine_prep_slave_sg() 创建描述符，方向参数为 DMA_MEM_TO_DEV。源地址是内存中的散列表（SG），目标地址是设备 FIFO 或寄存器。
• DEV_TO_MEM：同样使用 dmaengine_prep_slave_sg()，方向参数为 DMA_DEV_TO_MEM。源地址是设备 FIFO，目标地址是内存中的散列表。

典型配置流程如下：

struct dma_slave_config config;
struct dma_async_tx_descriptor *desc;

/* 配置从设备参数 */
memset(&config, 0, sizeof(config));
config.direction = DMA_DEV_TO_MEM;  /* 或 DMA_MEM_TO_DEV */
config.src_addr = pdev->phys_base + FIFO_REG;  /* 设备 FIFO 物理地址 */
config.src_addr_width = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_4_BYTES;
config.src_maxburst = 4;  /* 每次突发传输 4 个数据单元 */

/* 应用配置到 DMA 通道 */
dmaengine_slave_config(chan, &config);

/* 创建 SG 描述符 */
desc = dmaengine_prep_slave_sg(chan, sgl, sg_len, config.direction, flags);
if (!desc) {
    dev_err(dev, "Failed to prepare slave SG descriptor\n");
    return -ENOMEM;
}

desc->callback = slave_done_callback;
dmaengine_submit(desc);
dma_async_issue_pending(chan);

4.4 循环传输 (CYCLIC)

循环传输是音频、连续采样等实时数据流场景的核心需求。它通过将多个描述符链接成环形链表，让 DMA 控制器自动循环执行，无需软件在每次传输完成后重新提交描述符。

循环传输的关键特征：

• 描述符链表形成环形：最后一个描述符的 next 指针指向第一个描述符。
• 硬件自动重载：传输完成后自动跳转到链表头，继续下一轮传输。
• 周期性回调：每个周期（period）完成后触发中断，软件在回调中处理数据。
• 无终止条件：除非显式调用 dmaengine_terminate_sync()，否则传输永不停止。

创建循环传输描述符使用 dmaengine_prep_dma_cyclic() 接口：

struct dma_async_tx_descriptor *desc;

/* 创建循环传输描述符 */
desc = dmaengine_prep_dma_cyclic(chan, dma_buf, buf_size, period_size,
                                 direction, flags);
if (!desc) {
    dev_err(dev, "Failed to prepare cyclic descriptor\n");
    return -ENOMEM;
}

/* 注册周期完成回调 */
desc->callback = cyclic_period_done;
desc->callback_param = &audio_data;

/* 启动循环传输 */
dmaengine_submit(desc);
dma_async_issue_pending(chan);

4.5 传输类型选择与硬件约束

并非所有 DMA 控制器都支持全部四种传输类型。驱动开发者在初始化阶段必须查询通道能力，避免使用不支持的传输类型：

struct dma_device *dma_dev = chan->device;
dma_cap_mask_t mask;

dma_cap_zero(mask);
dma_cap_set(DMA_MEMCPY, mask);   /* 检查 MEMCPY 支持 */
dma_cap_set(DMA_CYCLIC, mask);   /* 检查 CYCLIC 支持 */

if (!dma_has_cap(DMA_MEMCPY, dma_dev->cap_mask)) {
    dev_warn(dev, "DMA controller does not support MEMCPY\n");
    /* 回退到 CPU 拷贝 */
}

if (!dma_has_cap(DMA_CYCLIC, dma_dev->cap_mask)) {
    dev_warn(dev, "DMA controller does not support CYCLIC\n");
    /* 回退到手动重新提交 SG 描述符 */
}

下表总结了不同传输类型对硬件特性的依赖：

4.6 传输方向与中断协同

不同传输类型的中断行为差异显著，驱动必须根据传输类型配置中断处理策略：

• MEMCPY：通常只需一次完成中断，回调中释放 DMA 映射并通知等待队列。
• DEV_TO_MEM / MEM_TO_DEV：每次 SG 列表传输完成触发中断，回调中处理数据并提交下一批描述符。
• CYCLIC：每个周期触发中断，回调中处理周期数据（如音频缓冲区填充），不能停止传输。

下图展示了 CYCLIC 传输的中断与数据流协同关系：