概述

在SD卡读写和framebuffer拷贝功能上用DMA实现

添加了dma.c和dma.h源码文件，定义了dma接口和实现
在sd.c的sd_readblock和sd_writeblock函数中添加了DMA相关函数调用实现数据传输。

树莓派dma简介

概述

BCM2835 中的大多数硬件流水线和外设都是总线主控器，使它们能够有效地满足自己的数据需求。这降低了 DMA 控制器对块到块内存传输的要求，并支持一些更简单的外设。此外，DMA 控制器提供只读预取模式，以允许将数据带入 L2 高速缓存以供以后使用。

注意 DMA 控制器直接连接到外围设备。因此，DMA控制器必须设置为使用外设的物理（硬件）地址。

BCM2835 DMA 控制器总共提供 16 个 DMA 通道。每个通道独立于其他通道运行，并在内部仲裁到 3 条系统总线之一。这意味着 DMA 通道可能消耗的带宽量可以通过仲裁器设置来控制。

每个 DMA 通道通过将控制块 (control block) 数据结构从内存加载到内部寄存器来运行。控制块定义所需的 DMA 操作。一旦当前控制块中描述的操作完成，每个控制块都可以指向另一个要加载和执行的控制块。以这种方式，可以构建控制块的链接列表，以便在没有软件干预的情况下执行一系列 DMA 操作。

外设到 DMA 通道的分配是可编程的。
DMA 可以处理字节对齐的传输，并通过缓冲和打包未对齐的访问来最小化总线流量。
每个 DMA 通道都可以通过顶级电源寄存器完全禁用以节省功耗。

DMA 控制器寄存器

DMA 控制器由几个相同的 DMA 通道组成，具体取决于所需的配置。每个单独的 DMA 通道都有一个相同的寄存器映射（尽管 LITE 通道的功能较少，因此寄存器较少）。
DMA 通道 0 位于地址 0x7E007000，通道 1 位于 0x7E007100，通道 2 位于 0x7E007200，依此类推。
因此相邻的 DMA 通道偏移 0x100。然而，DMA 通道 15 在物理上从其他 DMA 通道中移除，因此具有不同的地址基址 0x7EE05000。

DMA 通道寄存器地址映射

每个 DMA 通道都有一个相同的寄存器映射，只是每个通道的基地址不同。地址映射顶部有一个全局启用寄存器，可以禁用每个 DMA 以实现节能。每个通道寄存器集中只有三个寄存器是可直接写的（CS、CONBLK_AD 和 DEBUG）。其他寄存器（TI、SOURCE_AD、DEST_AD、TXFR_LEN、STRIDE 和 NEXTCONBK）从外部存储器中保存的控制块数据结构自动加载。

控制块数据结构

控制块 (CB) 的长度为 8 个字（256 位），并且必须从 256 位对齐的地址开始。
CB 数据结构在内存中的格式如下图所示。
在 DMA 传输开始时，控制块的每个 32 位字会自动加载到相应的 32 位 DMA 控制块寄存器中。这些寄存器的描述也定义了内存中CB数据结构中对应的位位置。

通过将 CB 结构的地址写入 CONBLK_AD 寄存器然后设置 ACTIVE 位来启动 DMA。 DMA 将从该 reg 的 SCB_ADDR 字段中设置的地址获取 CB，并将其加载到下面描述的只读寄存器中。然后它将根据 CB 中的信息开始 DMA 传输。
当它完成当前的 DMA 传输（长度 => 0）时，DMA 将使用 NEXTCONBK 寄存器的内容更新 CONBLK_AD 寄存器，从该地址获取一个新的 CB，并再次开始整个过程。
当 DMA 完成 DMA 传输并且 NEXTCONBK 寄存器设置为 0x0000_0000 时，DMA 将停止（并清除 ACTIVE 位）。它将将此值加载到 CONBLK_AD reg 中，然后停止。
大多数控制块寄存器不能直接写入，因为它们是从内存中自动加载的。可以读取它们以提供状态信息，并指示当前 DMA 传输的进度。加载到 NEXTCONBK 寄存器中的值可以被覆盖，以便控制块数据结构的链表可以动态更改。然而，只有在 DMA 暂停时才可以安全地执行此操作。

Register Map

dma寄存器映射到内存上的地址详情见下表：
每个channel有一组寄存器，每个通道的寄存器占0x100的内存，channel 0寄存器相对于0x7E007000的偏移是0，channel 1的寄存器相对0x7E007000的偏移是0x100，依次递增

CS寄存器
DMA 控制和状态寄存器包含该 DMA 通道的主要控制和状态位。

最高位是RESET位，设置为1时初始化DMA

第3位是Data request位，
指示所选 DREQ（数据请求）信号的状态，即。由传输信息的 PERMAP 字段选择的 DREQ。 1 = 请求数据。这仅在 DMA 启动并且 PERMAP 字段已从 CB 加载后才有效。它将保持有效，指示选定的 DREQ 信号，直到加载新的 CB。如果 PERMAP 设置为零（无节奏传输），则该位将读回为 1。 0 = 无数据请求。

第0，1，2位分别是传输启动位和当前control block传输结束位，active位还表示所有的control _block传输结束

TI寄存器
保存了DMA 传输信息

PERMAP表示外设编号 (1-31)，其就绪信号将用于控制传输速率，其紧急信号将在 DMA AXI 总线上输出。设置为 0 表示连续的无节奏传输。

这三个SRC开头的位，表示了对源数据的设置，SRC_INC表示源地址是否增长，如果为1，则每次增长，否则不变。

SRC_WITDH表示源数据传输时地址宽度，如果是0则每次32bit，否则128bit

SRC_DREQ
如果该位是1，PER_MAP 选择的 DREQ 将选通源读取
否则DREQ位没有影响

DEST开头的三个位，与SRC含义相同，只是作用于目标数据而已

INTEN表示INT enable，用于允许CS 寄存器的INT位变化

TXFR寄存器
DMA 传输长度。这指定要传输的数据量（以字节为单位）。在正常（非 2D）模式下，这指定了要传输的字节数。在 2D 模式下，它被解释为 X 和 Y 长度，并且 DMA 将执行 Y 传输，每个长度为 X 字节，并在传输的每个 X 支路之后将跨度添加到地址上。随着传输的进行，DMA 引擎会更新长度寄存器，因此它将指示剩余要传输的数据。

ENABLE寄存器
每个通道的全局使能位，每个比特表示第几个dma channel被允许

外设到 DREQ 的映射如下
)

这里是TI寄存器的PERMAP位可选的值，对应SD卡的读写，选择11号外设，也就是EMMC，因为在sd.c中用的是EMMC协议完成的与sd交互

实现

dma.h

peripherals/dma.h

定义control _block数据结构

typedef struct {
    unsigned int transfer_info;
    unsigned int src_addr;
    unsigned int dest_addr;
    unsigned int transfer_length;
    unsigned int mode_2d_stride;
    unsigned int next_block_addr;
    unsigned int res[2];
} dma_control_block;

定义dma通道寄存器组对应的数据结构

typedef struct {
    unsigned int control;
    unsigned int control_block_addr;
    dma_control_block block;
} dma_channel_regs;

DMA通道寄存器组偏移计算，每个通道的寄存器占0x100字节宽度

其中KERNEL_MMIO_BASE被定义为

1	#define KERNEL_MMIO_BASE 0xFFFFFFFFFF000000

物理地址0x3F000000被映射到线性地址的0xffffffffff000000地址处

enable寄存器和status寄存器的宏定义

dma.h

在dma.h中定义了dma通道结构体，和channel类型。
dma_channel的channel成员表示通道序号，从0~14.
block成员是个指向dma_control_block结构体的指针
status成员是当前通道最近一次数据传输的状态

#include "peripherals/dma.h"
#define IO_TO_BUS(x)     (void*)((unsigned int)(x) & 0x00ffffff | 0x7e000000)
typedef struct {
    unsigned int channel;
    dma_control_block *block;
    int status;
} dma_channel;
typedef enum {
    CT_NONE = -1,
    CT_NORMAL = 0x81
} dma_channel_type;

暴露的dma功能函数接口，打开一个channel，关闭一个channel，dma实现内存拷贝，dma传输启动, dma等待

dma_channel *dma_open_channel(unsigned int channel);
void dma_close_channel(dma_channel *channel);
void dma_setup_mem_copy(dma_channel *channel, void *dest, void *src, unsigned int length, unsigned int burst_length);
void dma_start(dma_channel *channel);
int dma_wait(dma_channel *channel);

dma.c

定义控制块变量，分别用于framebuffer和sd卡读写；定义通道数组

dma_open_channel函数，从dma_channel结构体数组选出参数channel对应的channel，并让结构体的block指针指向对应的控制块变量。sd卡用0号channel，framebuffer使用2号channel。
通过REGS_DMA_ENABLE 指向的enable寄存器的值的变化，使能对应的dma_channel设备。
通过REGS_DMA(dma->channel)->control 指向的CS寄存器让对应的dma channel完成重置。
语句REGS_DMA(dma->channel)->control & CS_RESET 检查CS寄存器的RESET位，直至不为1表示reset过程完成。
返回对应的dma_channel结构体指针。

dma_channel *dma_open_channel(unsigned int channel)
{
    unsigned int _channel = allocate_channel(channel);

    if (_channel == CT_NONE)
    {
        lfb_color_printf(0x0000ff, "INVALID CHANNEL! %d\n", channel);
        return 0;
    }

    dma_channel *dma = (dma_channel *)&channels[_channel];
    dma->channel = _channel;

    if(channel == 0)
        dma->block = &sd_control_block;
    else if(channel == 2)
        dma->block = &lfb_control_block;
    dma->block->res[0] = 0;
    dma->block->res[1] = 0;

    REGS_DMA_ENABLE |= (1 << dma->channel);
    delay(300);
    REGS_DMA(dma->channel)->control |= CS_RESET;

    while (REGS_DMA(dma->channel)->control & CS_RESET)
        ;

    return dma;
}

dma_start启动dma数据传输，首先设置控制块的地址，需要将线性地址转换为物理地址。
使用ACTIVE位启动数据传输，END让当前控制块的dma传输结束时中断，INT允许中断，

dma_wait函数，判断当前dma通道的CS寄存器的active位是否为1，当所有的控制块表示的dma传输完成时，CS寄存器的active位变为0
读取CS寄存器的error位，作为本地dma传输的status状态返回

dma_setup_mem_copy的实现在dma.c中

这里与sd卡读写的dma设置有所不同，其源地址和目的地址在数据传输过程中都是要递增的，所以要给transfer_info设置TI_SRC_WIDTH，TI_SRC_INC，TI_DEST_WITDH，TI_DEST_INC属性

sd.c

在sd_init函数的最后使用dma_open_channel打开0号通道，完成初始化。

在sd_readblock函数中发送读取命令后，如果不使用DMA，那么就用循环的方法从EMMC_DATA处读取数据到buf中。
如果使用DMA的话，设置DMA的源地址和目的地址，使用TI_SRC_DREQ表示从外围设备获取数据，TI_DEST_INC, TI_DEST_WITDH表示目的地址递增，TI_PERMAP_EMMC表示外围设备类型是EMMC。
完成控制块的构造后，调用dma_start启动dma数据传输，调用dma_wait等待dma数据传输完成。
如果不用dma，则需要判断emmc的命令是否执行完成

while( c < num ) {
        if(!(sd_scr[0] & SCR_SUPP_CCS)) {
            sd_cmd(CMD_READ_SINGLE,(lba+c)*512);
            if(sd_err) return 0;
        }

        if (!use_dma)
        {
            if ((r = sd_int(INT_READ_RDY)))
            {
                uart_puts("\rERROR: Timeout waiting for ready to read\n");
                sd_err = r;
                return 0;
            }
            for (d = 0; d < 128; d++)
                buf[d] = *EMMC_DATA;
            buf += 128;
        }
        c++; 
    }

    if(use_dma)
    {
        dma_sd_channel->block->src_addr = IO_TO_BUS(EMMC_DATA);
        dma_sd_channel->block->dest_addr = K_LIN2PHY(buf);
        dma_sd_channel->block->transfer_info = TI_INTEN |
                                                TI_WAIT_RESP |
                                                TI_DEST_INC |
                                                TI_DEST_WIDTH |
                                                TI_SRC_DREQ |
                                                TI_PERMAP_EMMC;
        dma_sd_channel->block->next_block_addr = 0;
        dma_sd_channel->block->transfer_length = num*512;
        dma_sd_channel->block->mode_2d_stride = 0;

        dma_start(dma_sd_channel);
        if(dma_wait(dma_sd_channel) == 0)
        {
            uart_puts("ERROR in dma read\n");
            while (1)
            {
                /* code */
            }
            
        }
    }

    if (!use_dma)
    {
        if ((r = sd_int(INT_DATA_DONE)))
        {
            uart_puts("\rERROR: Timeout waiting for data done\n");
            sd_err = r;
            return 0;
        }
    }
}