linux-kernel - dma_map_single() : minimum requirements to struct device

Question

我一直在尝试使以下简单的示例代码在我的模块中运行(内核版本 2.6.32、2.6.35):

    int rc;
    struct device dev;

    dev_set_name(&dev, "mydev");
    if ((rc = device_register(&dev)) != 0)
        goto fail;

    char *kbuf = kmalloc(size, GFP_KERNEL);
    dma_addr_t handle = dma_map_single(&dev, kbuf, size, direction);

    // ... further code omitted

问题是 dma_map_single() 导致 oops，这告诉我有人试图在函数内部的某个地方取消引用空指针。我相信这是由于结构设备初始化不足引起的，但我没有找到有关正确结构设备设置(对于 DMA)的解释。 device_register() 返回成功。

任何有关如何解决问题的提示将不胜感激。

Answer 1

如果我对这段代码的目的不够清楚，我深表歉意。我只是想尝试 Streaming DMA API，因此我需要能够简单地映射/取消映射内核内存缓冲区(并尝试从 CPU 访问它)。

我做了一些进一步的测试，试图以 dma_map_single() 接受的方式设置struct device...这导致了内核 panic 。日志显示 panic 是由 lib/swiotlb_map_page.c 引起的(我还忘了提及我的硬件平台是 x86_64)。我研究了源代码并发现了以下内容。

如果提供给dma_map_single()的struct device没有设置dma_mask，底层代码将假设总线地址是您的内核缓冲区已映射到“非 DMA”(它调用 dma_capable() 来将最高映射地址与掩码进行比较)。如果映射的地址范围不支持 DMA，则尝试使用设备可能可以访问的反弹缓冲区，但由于未设置掩码，该函数得出结论，反弹缓冲区也不支持 DMA和 panic 。

请注意，dma_mask 是指向 u64 的指针，因此为了使用有意义的值，您应该为其提供存储空间。另请注意，虽然 dma_set_mask 确实设置了掩码值，但它不会为其分配存储空间。如果 dma_mask 为 NULL，则相当于将掩码设置为零(相关代码在取消引用指针之前检查 dma_mask 是否为 NULL)。

我还注意到 x86 特定的代码对某些请求使用“后备”设备结构。有关详细信息，请参阅 arch/x86/kernel/pci-dma.c。本质上，该结构将其 coherent_dma_mask 设置为某个值，而 dma_mask 只是设置为指向 coherent_dma_mask。

我按照这个后备结构对我的设备结构进行了建模，并最终让 dma_map_single() 正常工作。更新后的代码如下所示:

    static struct device dev = {
        .init_name = "mydmadev",
        .coherent_dma_mask = ~0,             // dma_alloc_coherent(): allow any address
        .dma_mask = &dev.coherent_dma_mask,  // other APIs: use the same mask as coherent
    };

    static void map_single(void) {
        char *kbuf = kmalloc(size, GFP_KERNEL | GFP_DMA);
        dma_addr_t dma_addr = dma_map_single(&dev, kbuf, size, direction);

        if (dma_mapping_error(&dev, dma_addr)) {
           pr_info("dma_map_single() failed\n");
           kfree(kbuf);
           goto fail;
        } else {
            pr_info("dma_map_single() succeeded");
        }

        // the device can be told to access the buffer at dma_addr ...

        // get hold of the buffer temporarily to do some reads/writes
        dma_sync_single_for_cpu(&dev, dma_addr, size, direction);

        // release the buffer to the device again
        dma_sync_single_for_device(&dev, dma_addr, size, direction);

        // some further device I/O...

        // done with the buffer, unmap and free
        dma_unmap_single(&dev, dma_addr, size, direction);

        // check/store buffer contents...

        // free the buffer
        kfree(kbuf);
    }

当然，struct device 的技巧可能不可移植，但在我的 x86_64 和 2.6.32/35 内核上确实有效，因此其他人如果想尝试一下，可能会发现它很有用映射API。如果没有物理设备，传输是不可能的，但我能够检查 dma_map_single() 生成的总线地址并在调用 dma_sync_single_for_cpu() 后访问缓冲区，因此我认为值得研究。

非常感谢您的回答。欢迎对上述代码提出任何进一步的建议/改进。