3. DMA引擎核心数据结构：struct dma_device、struct dma_chan、struct dma_async_tx_descriptor详解

在Linux DMA引擎框架中，三个核心数据结构构成了驱动与子系统交互的基石：DMA控制器抽象（struct dma_device）、通道抽象（struct dma_chan）和传输描述符（struct dma_async_tx_descriptor）。理解这三者的关系与内部字段，是编写正确、高效DMA驱动的第一步。

3.1 struct dma_device：DMA控制器抽象

struct dma_device 代表一个物理DMA控制器（如PL330、Intel IOAT、DMA Engine for PCIe等）。驱动开发者需要填充该结构体，并将其注册到内核DMA引擎框架中。

3.2 struct dma_chan：通道抽象

struct dma_chan 代表一个独立的DMA通道。每个通道可以独立配置源地址、目的地址、传输宽度和突发长度。用户通过 dma_request_channel() 获取通道，使用完毕后通过 dma_release_channel() 释放。

3.3 struct dma_async_tx_descriptor：传输描述符

每个DMA传输请求被封装为一个 struct dma_async_tx_descriptor。描述符包含传输所需的全部信息：源地址、目的地址、传输长度、回调函数以及链表指针（用于支持描述符链）。

3.4 描述符生命周期与传输流程

一个典型的DMA传输请求经历以下步骤：

1. 准备描述符：调用 device_prep_dma_memcpy() 等函数，返回 struct dma_async_tx_descriptor *。
2. 提交描述符：调用 dmaengine_submit()，将描述符加入通道的提交队列，并分配cookie。
3. 触发传输：调用 dma_async_issue_pending()，通知硬件开始处理队列中的描述符。
4. 等待完成：通过 dma_async_is_tx_complete() 轮询，或在回调中等待通知。
5. 释放描述符：传输完成后，框架自动回收描述符（若设置了DMA_CTL_ACK标志）。

3.5 数据结构协作示例

以下代码片段展示了三个核心数据结构在实际驱动中的协作方式：

/* 1. 注册DMA设备 */
static struct dma_device my_dma_dev = {
    .dev = &pdev->dev,
    .cap_mask = { { DMA_MEMCPY } },
    .directions = { { DMA_MEM_TO_MEM } },
    .copy_align = 4,  /* 16字节对齐 */
    .device_alloc_chan_resources = my_alloc_chan_resources,
    .device_free_chan_resources = my_free_chan_resources,
    .device_prep_dma_memcpy = my_prep_dma_memcpy,
    .device_issue_pending = my_issue_pending,
};
dma_async_device_register(&my_dma_dev);

/* 2. 用户获取通道并提交传输 */
struct dma_chan *chan = dma_request_channel(mask, filter_fn, NULL);
struct dma_async_tx_descriptor *tx;
dma_cookie_t cookie;

tx = dmaengine_prep_dma_memcpy(chan, dst_phys, src_phys, size, DMA_CTRL_ACK);
tx->callback = my_callback;
tx->callback_param = my_data;

cookie = dmaengine_submit(tx);
dma_async_issue_pending(chan);

/* 3. 等待传输完成 */
while (dma_async_is_tx_complete(chan, cookie, NULL, NULL) != DMA_COMPLETE)
    cpu_relax();

3.6 数据结构对比总结