3. 描述符链表（Descriptor Chain）原理

描述符链表是 DMA 传输的核心数据结构，它解决了传统单次传输模式下“CPU 必须等待 DMA 完成才能发起下一次传输”的瓶颈。通过将多个传输描述符组织成链表，DMA 控制器可以自动从一个描述符跳转到下一个，实现连续、批量、无需 CPU 干预的数据搬运。

3.1 链表结构

描述符链表在物理内存中是一个单向链表，每个节点（描述符）包含数据缓冲区地址、传输控制信息和指向下一个节点的指针。DMA 控制器从链表头开始，依次处理每个描述符，直到遇到链表尾标记。

3.2 节点定义

描述符节点的定义因 DMA 控制器硬件而异，但核心字段具有高度共性。以下是一个典型的 DMA 描述符结构体定义（以 ARM PL080 为例）：

/* 典型 DMA 描述符结构体 */
struct dma_descriptor {
    uint32_t src_addr;      /* 源地址 */
    uint32_t dst_addr;      /* 目的地址 */
    uint32_t transfer_size; /* 传输字节数 */
    uint32_t ctrl;          /* 控制字：传输类型、宽度、突发大小等 */
    uint32_t llp;           /* 链表指针（next descriptor 地址） */
    uint32_t reserved;      /* 保留/状态 */
} __attribute__((packed, aligned(16)));

3.3 链式传输机制

链式传输机制是描述符链表发挥效能的核心执行流程。DMA 控制器通过硬件状态机自动遍历链表，完成以下步骤：

1. 加载链表头：CPU 将链表第一个描述符的物理地址写入 DMA 控制器的链表基址寄存器，然后启动 DMA 通道。
2. 解析描述符：DMA 控制器通过内部总线读取当前描述符的 6 个字段（或更多），加载到内部寄存器。
3. 执行传输：根据 src_addr、dst_addr、transfer_size 和 ctrl 字段，启动一次 DMA 传输。传输完成后，检查 ctrl 中的中断标志位，若置位则向 CPU 发送中断。
4. 链表跳转：读取 llp 字段的值。如果 llp 非零，则将其作为下一个描述符的地址，跳转到步骤 2；如果 llp 为零，则进入空闲或完成状态。
5. 完成通知：最后一个描述符传输完成后，DMA 控制器触发完成中断（如果使能），通知 CPU 整个链表传输结束。

3.4 链表与循环缓冲的对比

描述符链表与循环缓冲（Ring Buffer）是 DMA 驱动中两种常见的数据组织方式，它们在结构、适用场景和性能特征上有显著差异：

3.5 链表初始化与提交示例

以下代码展示了如何在 Linux 内核驱动中初始化一个包含 3 个描述符的链表，并提交给 DMA 引擎：

/* 描述符链表初始化与提交示例 */
struct dma_chan *chan;
struct dma_async_tx_descriptor *tx;
struct scatterlist sg[3];
struct dma_slave_config config;

/* 1. 准备 3 个分散缓冲区 */
sg_init_table(sg, 3);
sg_dma_address(&sg[0]) = dma_map_single(dev, buf0, len0, DMA_TO_DEVICE);
sg_dma_len(&sg[0]) = len0;
sg_dma_address(&sg[1]) = dma_map_single(dev, buf1, len1, DMA_TO_DEVICE);
sg_dma_len(&sg[1]) = len1;
sg_dma_address(&sg[2]) = dma_map_single(dev, buf2, len2, DMA_TO_DEVICE);
sg_dma_len(&sg[2]) = len2;

/* 2. 配置 DMA 从设备参数 */
memset(&config, 0, sizeof(config));
config.direction = DMA_MEM_TO_DEV;
config.dst_addr = mmio_base + FIFO_DATA;
config.dst_addr_width = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_4_BYTES;
config.dst_maxburst = 16;
dmaengine_slave_config(chan, &config);

/* 3. 创建链表传输描述符 */
tx = dmaengine_prep_slave_sg(chan, sg, 3, DMA_MEM_TO_DEV,
                              DMA_PREP_INTERRUPT | DMA_CTRL_ACK);
if (!tx) {
    pr_err("Failed to prepare DMA descriptor chain\n");
    return -ENOMEM;
}

/* 4. 注册完成回调 */
tx->callback = dma_done_callback;
tx->callback_param = my_data;

/* 5. 提交并启动 DMA */
dmaengine_submit(tx);
dma_async_issue_pending(chan);