Linux系统下基于PCI控制器(PLX9054)的DMA编程.pdf

在Linux系统中，基于PCI控制器（如PLX9054）的DMA编程涉及多个关键概念和技术。DMA（Direct Memory Access）是一种允许外部设备直接读取或写入系统内存，而无需CPU介入的数据传输机制。这在处理大量数据流，如视频采集等场景中，显著提高了效率和性能。 PLX9054是一款PCI接口控制器，常用于嵌入式系统和高性能数据传输应用。它提供了DMA功能，使得通过PCI总线连接的设备能够高效地与系统内存交换数据。在设计针对PLX9054的Linux设备驱动程序时，主要任务包括初始化PCI设备、配置DMA传输、管理和同步内存缓冲区以及处理中断。 在Linux内核中，与PCI设备相关的编程涉及到几个核心组件： 1. **PCI配置空间**：每个PCI设备都有一个配置空间，其中包含了设备的身份信息、基址寄存器和其他控制寄存器。驱动程序需要通过`pci_read_config_word()`和`pci_write_config_word()`等函数来读写这些寄存器，以设置设备的工作模式。 2. **DMA映射**：为了使PCI设备能直接访问主存，驱动程序需要将内核分配的内存区域映射到设备可访问的地址空间。在Linux中，这通常通过`dma_alloc_coherent()`和`dma_free_coherent()`函数完成。映射后的内存是DMA兼容的，可以避免缓存一致性问题。 3. **DMA传输**：驱动程序使用`dma_map_single()`或`dma_map_sg()`函数将内存缓冲区与设备关联，然后调用设备特定的DMA启动命令（如PLX9054的DMA引擎启动命令）开始数据传输。传输完成后，使用`dma_unmap_single()`或`dma_unmap_sg()`释放映射。 4. **中断处理**：当DMA传输完成时，PLX9054会触发中断通知CPU。驱动程序需要注册中断处理函数，并在中断服务例程中处理传输结束后的清理工作，如更新状态、释放资源等。 5. **同步与同步屏障**：由于DMA操作可能与CPU同时进行，因此需要确保数据一致性。使用`dma_sync_single_for_device()`或`dma_sync_sg_for_device()`确保数据在传输前被写入，而`dma_sync_single_for_cpu()`或`dma_sync_sg_for_cpu()`则保证数据在传输后被CPU正确读取。 6. **内存管理**：在DMA操作中，需要特别注意内存对齐和页大小，以确保高效的数据传输。驱动程序应使用内核提供的内存分配函数，如`kmalloc()`，并确保分配的内存满足设备的对齐要求。 在实际项目中，开发者需要根据具体的Linux内核版本调整驱动代码，因为不同版本的内核可能支持不同的API和功能。例如，文中提到的项目使用的是2.4.20内核，而在较新的内核版本中，可能需要使用不同的函数和机制。 总结来说，Linux下基于PCI控制器PLX9054的DMA编程是一个涉及硬件接口、内存管理、中断处理和内核API使用的复杂过程。理解和熟练掌握这些技术对于实现高效的嵌入式系统数据传输至关重要。