DMA (Direct Memory Access，直接内存存取)

对DMA内存的使用有3种方式：

1，一致DMA映射

通过dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag)来直接得到一块用于dma的内存，同时得到这一段内存的虚拟地址和总线地址，分别用于CPU和device的访问。
通过这种方式得到的dma内存，开发者不用担心cache的问题，但是要注意在执行DMA操作之前flush write buffer。

2、DMA池

DMA池是一个生成小型，一致性DMA映射的机制。调用dma_alloc_coherent函数获得的映射，可能其最小大小为单个页。如果设备需要的DMA区域比这还小，就是用DMA池。在中定义了DMA池函数：

struct dma_pool *dma_pool_create(const char *name, struct device *dev, size_t size, size_t align, size_t allocation);
void dma_pool_destroy(struct dma_pool *pool);

name是DMA池的名字，dev是device结构，size是从该池中分配的缓冲区的大小，align是该池分配操作所必须遵守的硬件对齐原则(用字节表示)，如果allocation不为零，表示内存边界不能超越allocation。比如说传入的allocation是4K，表示从该池分配的缓冲区不能跨越4KB的界限。
在销毁之前必须向DMA池返回所有分配的内存。

void * dma_pool_alloc(sturct dma_pool *pool, int mem_flags, dma_addr_t *handle);
void dma_pool_free(struct dma_pool *pool, void *addr, dma_addr_t addr);

3，流式DMA映射

先通过kmalloc, get_free_pages等得到一段物理连续的内存空间（注意，除非目标平台有IOMMU，否则必须要求物理地址连续，即vmalloc分配得到的内存空间不能用于DMA操作。）
然后使用dma_map_single, dma_map_pages, dma_map_sg将之前分配的内存空间映射，得到总线地址，使之能被device访问。
这种方式不保证cache的一致性，需要开发者手动处理（调用dma_sync_single_for_cpu/device函数？）；
另外，必须保证内存的虚拟地址空间边界与cache line length对齐，因cache line length不确定，所以一般选择page 对齐。

在某些体系结构中，流式映射也能够拥有多个不连续的页和多个“分散/聚集”缓冲区。建立流式映射时，必须告诉内核数据流动的方向。
DMA_TO_DEVICE
DEVICE_TO_DMA
如果数据被发送到设备，使用DMA_TO_DEVICE；而如果数据被发送到CPU，则使用DEVICE_TO_DMA。
DMA_BIDIRECTTONAL
如果数据可双向移动，则使用该值
DMA_NONE
该符号只是出于调试目的。
当只有一个缓冲区要被传输的时候，使用下函数映射它：

dma_addr_t dma_map_single(struct device *dev, void 
*buffer, size_t size, enum dma_data_direction direction);

返回值是总线地址，可以把它传递给设备；如果执行错误，返回NULL。
当传输完毕后，使用下函数删除映射：

void dma_unmap_single(struct device *dev, dma_addr_t dma_addr, 
size_t size, enum dma-data_direction direction);

使用流式DMA的原则：
一是缓冲区只能用于这样的传送，即其传送方向匹配与映射时给定的方向值；
二是一旦缓冲区被映射，它将属于设备，不是处理器。直到缓冲区被撤销映射前，驱动程序不能以任何方式访问其中的内容。只用当dma_unmap_single函数被调用后，显示刷新处理器缓存中的数据，驱动程序才能安全访问其中的内容。
三是在DMA出于活动期间内，不能撤销对缓冲区的映射，否则会严重破坏系统的稳定性。
如果要映射的缓冲区位于设备不能访问的内存区段(高端内存)，怎么办？一些体系结构只产生一个错误，但是其他一些系统结构件创建一个回弹缓冲区。回弹缓冲区就是内存中的独立区域，它可被设备访问。如果使用DMA_TO_DEVICE标志映射缓冲区，并且需要使用回弹缓冲区，则在最初缓冲区中的内容作为映射操作的一部分被拷贝。很明显，在拷贝后，最初缓冲区内容的改变对设备不可见。同样DEVICE_TO_DMA回弹缓冲区被dma_unmap_single函数拷贝回最初的缓冲区中，也就是说，直到拷贝操作完成，来自设备的数据才可用。
有时候，驱动程序需要不经过撤销映射就访问流式DMA缓冲区的内容，为此内核提供了如下调用：

void dma_sync_single_for_cpu(struct device *dev, dma_handle_t bus_addr,
 size_t size, enum dma_data_directction direction);

应该在处理器访问流式DMA缓冲区前调用该函数。一旦调用了该函数，处理器将“拥有”DMA缓冲区，并可根据需要对它进行访问。然后在设备访问缓冲区前，应该调用下面的函数将所有权交还给设备：

void dma_sync_single_for_device(struct device *dev, dma_handle_t bus_addr,
 size_t size, enum dma_data_direction direction);

再次强调，处理器在调用该函数后，不能再访问DMA缓冲区了。

一致DMA映射具有更长的生命周期，它在driver的整个生命周期内都有效，且不用关心cache效应。
流式DMA映射则只在driver填充完要传输的内容到device完成传输这段时间内有效（理论上是从map到unmap，但有效时间如前所述），凡使用流式DMA映射的内存区域在map之后，就只对device有效，driver在unmap之前不能在读写这一段内存区域。或者使用dma_sync_single_for_cpu由cpu获得读写权利，然后driver可对其进行读写。