Linux的DMA高速串口驱动的设计

Linux系统中的DMA高速串口驱动设计是针对双核移动终端中串口通信的优化方案，旨在通过直接内存访问（DMA）技术提高数据传输的效率，特别是在高波特率通信场景下的性能。以下将详细介绍DMA高速串口驱动设计的相关知识点。 一、双核移动终端中的串口通信 在双核移动终端的硬件架构中，一般包含一个应用处理器（AP）和一个基带处理器（CP）。AP负责运行操作系统和应用程序，如Android平台；而CP负责运行通信协议栈，如TD/GSM双模协议栈。在这种架构下，两处理器间需要高效地进行数据交换以执行例如短信、电话以及移动数据服务（PS业务）等任务。 二、DMA工作原理 DMA技术允许设备直接从内存读取或写入数据，而无需CPU干预，这大大减少了CPU的I/O处理负担，提高了整体的数据吞吐率。在串口驱动设计中，当发送数据时，CPU将数据放入发送缓冲区（circ_buf），然后由DMA将这些数据批量传输到串口的发送FIFO；接收数据时，DMA将接收到的数据直接写入DMA缓冲区，然后CPU将这些数据推送到TTY层供上层应用读取。 三、高速串口驱动设计原则 为实现高速数据传输，传统的串口驱动已无法满足高波特率的数据传输需求。因此，基于DMA的串口驱动设计应运而生。设计原则中强调了以下几点： 1. DMA控制器（DMAC）控制数据传输过程，CPU在DMA传输期间可以并行处理其他任务。 2. DMA传输完成后，通过中断通知CPU，CPU随后执行中断服务程序以处理数据传输结束后的相关事宜。 3. DMA缓冲区在内存中必须是物理上连续的，并且需要通过特定的函数申请和管理，例如dma_alloc_coherent()和dma_map_single()。 四、交替接收机制 在DMA方式下，为了进一步提高数据接收效率，通常采用交替接收机制。此机制下申请了一块固定大小的DMA缓冲区，并将其分成若干个子缓冲区，这些子缓冲区轮流从接收FIFO中接收数据。当一个子缓冲区接收满时，其数据会被推送到上层应用，而此时另一个子缓冲区已开始接收数据。这种交替机制有效提高了数据接收的效率。 五、高速串口驱动设计流程 驱动设计流程包括定义适合DMA方式的串口驱动的数据结构，如struct uart_dma_buffer和struct uart_dma_port，以支持DMA操作。通过这些结构体，可以管理DMA缓冲区的分配、映射以及状态，从而确保串口通信的可靠性和高效性。 六、实验验证 设计出的DMA高速串口驱动在双核移动终端上进行验证。通过实验验证表明，该驱动能够保证在高波特率环境下可靠地进行数据传输，说明设计满足高效率和高可靠性的要求。 Linux系统的DMA高速串口驱动设计是一种针对双核移动终端中高波特率串口通信需求的解决方案。通过对传统串口驱动的优化和对DMA技术的应用，有效提高了数据传输的速率和效率，同时保证了通信的稳定性和可靠性。在实际应用中，这种驱动设计不仅能够应对3G甚至4G网络环境中对数据传输速率的高要求，而且对于其他需要高速串口通信的场景也有很好的适应性。