Linux 使用什么指令来指示 Intel CPU 设置 DMA 传输？

Question

我知道设备驱动程序可以使用 kernel api 来设置传输方向、计数等，但我想了解 api 使用什么 CPU 指令来通知 cpu 启动此 DMA 传输？

Answer 1

在大多数情况下，每个设备都内置了自己的 DMA/总线主控功能； 并且设备驱动程序使用设备的 DMA/总线主控（以“设备特定”方式）而不涉及任何 kernel API。 在这些情况下，通常操作系统会阻止其他代码使用设备的寄存器（通过拒绝访问 IO 端口或不将“内存映射的 IO 寄存器”映射到普通代码可以使用的区域）； 因此其他代码也无法使用设备的 DMA/总线主控。

在极少数情况下，特定设备中没有内置 DMA/总线主控功能； 但它们本身是一个单独的设备。 这包括 PC 中古老的“DMA controller 芯片”和一些更现代的设备（例如“Intel Quickdata IO 加速器”）。 在这些情况下； 您可能有其他设备驱动程序可以使用的 DMA 引擎的设备驱动程序。 某种“DMA 引擎特定”接口，或者它可能（如果硬件非常常见）“更集成”到 kernel 中（这样“DMA 引擎驱动程序代码”内置到 kernel 和“DMA 引擎特定接口”更像是一个 kernel API）。

另请注意：

a) 对于现代计算机，几乎所有软件都使用虚拟地址，但硬件设备只能使用物理地址。 这意味着在某些时候需要将虚拟地址（对于一个虚拟地址空间）转换为设备可以使用的物理地址。

b) 对于现代操作系统，设备驱动程序通常将数据直接传输到属于某个进程（在用户空间中）的 memory 或从其传输数据。 在这些情况下，设备驱动程序需要确保内核的虚拟 memory 管理不会干扰传输（例如，确保 kernel 不能/不会将 RAM 的内容发送到交换空间并释放 RAM，而设备正在传输数据）。 通常，设备驱动程序通过要求 kernel 在启动 DMA/总线主控之前“固定”虚拟 memory（并在之后要求 kernel “取消固定”）来执行此操作。

c) 对于现代计算机，可能涉及到 IOMMU。 如果 IOMMU 被用于增强安全性（而不仅仅是用于虚拟化或“通过”）； 那么设备驱动程序可能需要在开始任何 DMA/总线主控之前要求 kernel 配置 IOMMU（如果没有，IOMMU 硬件可能会拒绝允许设备传输数据）。 在某些情况下，IOMMU 也可用于 IO 重新映射以修复/避免设备的限制 - 例如，如果设备只能使用 32 位地址但需要与 64 位地址之间传输数据，则 IO MMU 可以配置为将一个区域重新映射到设备支持的地址范围（并防止设备驱动程序需要使用 RAM 中的“反弹缓冲区”，其中数据在 DMA 传输之前复制到该临时缓冲区或复制出临时缓冲区DMA传输后）。

由于这些原因; kernel 可以提供设备驱动程序在开始 DMA/总线主控传输之前和 DMA/总线主控传输完成后使用的接口； 但这不应被视为设置 DMA/总线主控传输本身的一部分。