dmaengine framwork主要分为两部分：DMA controller 和DMA engine API。涉及内核相关文档：Documentation/damengine目录、Documentation/devicetree/bindings/dma/、Documentation/DAM-API-HOWTO.txt\DMA-API.txt\DMA-attributes.txt

1、dma controller（provider的角度）

     基于DMA的硬件地址使用的是总线地址而不是物理地址，总线地址是从设备角度看到的内存地址，物理地址是从CPU mmu控制器外围角度上看到的内存地址。在pc上，对于ISA和PCI而言，总系地址即为物理地址，但并不是每个平台都是如此。接口总线通过桥接电路连接，桥接电路会将I/O地址映射为不同的物理地址，例如在PREP(PowerPC Reference Platform)系统中，物理地址0在设备端看起来是0x80000000，而0通常又被映射为虚拟地址0xC0000000，所以同一个地址就具备了三重身份：物理地址0，总线地址0x80000000及虚拟地址0xC0000000。

（1）重要数据结构之struct dma_device

    该结构体抽象了dma controller，部分成员说明如下：

channels：一个链表头，保存该controller支持的所有dma channel

cap_mask：一个bitmap，只是controller所具备的能力

            DMA_MEMCPY：内存到内存的拷贝

            DMA_SG：设备支持内存到内存的分散/聚合传输

            DMA_XOR：设备在内存区域执行XOR操作，如raid5等

            DMA_PQ：内存到内存的P+Q计算

           DMA_SLAVE：设备能处理设备到内存传输，包括分散/聚合传输

           DMA_CYCLIC：设备能处理循环传输，如音频传输

src_addr_widths：一个bitmap表示该controller支持哪些宽度的src类型，包括1、2、3、4、8、16、32、64等

dst_addr_widths：一个bitmap表示该controller支持哪些宽的的dst类型，包括1、2、3、4、8、16、32、64等

directions：一个bitmap表示该controller支持哪些传输方向，包括DMA_MEM_TO_MEM、DMA_MEM_TO_DEV、DMA_DEV_TO_MEM、DMA_DEV_TO_DEV。

（2）重要数据结构之struct dma_chan

    用于抽象dam channel，部分成员说明如下：

device：指向该channel所在的dma controller

（3）重要数据结构之struct virt_dma_chan

    用于抽象一个虚拟的dma channel，多个虚拟channel可以共用一个物理channel，并由软件调度多个传输请求，将多个虚拟channel的传输串行的在物理channel完成，部分成员说明如下：

chan：一个struct dma_chan类型的变量

task：一个tasklet，用于等待该虚拟channel上传输的完成

（4）controller需要实现的操作函数集

device_alloc_chan_resources：当client驱动调用dma_request_channel时会调用该函数，负责分配通道需要的资源

device_free_chan_resources：当client驱动释放dam_release_channel时将会调用该函数，负责释放通道需要的资源

device_prep_dma_xxx：为DMA传输准备描述符，xxx：controller具有啥cap_mask，就要实现相应的接口

device_issue_pending：从pending queue中取走第一个传输描述符并启动传输，当传输完成后将会移到列表中下一个传输描述符，可以在中断上下文中使用。

device_tx_status：获取传输状态

device_config：使用给定参数重新配置通道

device_pause：暂停通道的传输

device_resume：恢复通道的传输

device_terminate_all：停止通道中所有的传输（包括pending和正在进行的传输）

dma_async_device_register：把填充好的dma_device结构实体注册到内核中。

2、dma engine api（consumer的角度）

    DMA传输可以分为4类：mem2mem、mem2dev、dev2mem、dev2dev。mem2mem传输内核称之为Async TX，后三者统称为slave-DMA传输。

    linux内核在dma engine之上专门提供了一层针对mem2mem的简洁API，称之为async tx api（例如：async_memcpy, async_memset， async_xor等）。

（1）重要数据结构之struct dma_slave_config

    该结构体包含了完成一次DMA传输所需要的所有可能参数，部分成员如下：

direction：如同controller的directions

src_addr：传输方向dev2mem或dev2dev时，读取数据的位置（通常是固定的FIFO地址）

dst_addr：传输方向是mem2dev或dev2dev时，写入数据的位置（通常是固定的FIFO地址）

（2）重要数据结构之struct dam_async_tx_descriptor

    传输描述符用于描述一次DMA传输（类似一个文件句柄），部分成员说明如下：

cookie：一个整型数，用于追踪本次传输

flags：DMA_CTRL_XXX，例如：DMA_CTRL_REUSE：表明这个描述符可以被重复使用；DMA_CTRL_ACK：表明暂时不能被重复使用

tx_submit：controller driver提供的回调函数，用于把该描述符提交到待传输列表

callback、callback_param：传输完成的回调函数（及参数）

（3）操作API接口

struct dma_chan *dma_request_channel(dma_cap_mask_t mask, dma_filter_fn filter_fn, void *filter_param)

申请一个DMA channel，当filter_fn为NULL时函数只是简单的返回第一个满足mask参数的通道，对于slave和cyclic通道强烈推荐使用以获取一个特定的DMA通道

void dma_release_channel(struct dma_chan *chan)

释放通道

int dmaengine_slave_config(struct dma_chan *chan, struct dam_slave_config *config)

申请到一个dma channel之后，根据实际情况，对该channel进行参数配置

struct dma_async_tx_descriptor *dmaengine_prep_slave_sg( 
        struct dma_chan *chan, struct scatterlist *sgl, 
        unsigned int sg_len, enum dma_data_direction direction, 
        unsigned long flags);

获取传输描述符，用于在“scatter gather buffers”列表和总线设备之间进行DMA传输

struct dma_async_tx_descriptor *dmaengine_prep_dma_cyclic( 
        struct dma_chan *chan, dma_addr_t buf_addr, size_t buf_len, 
        size_t period_len, enum dma_data_direction direction);

获取传输描述符，常用于音频等场景中，在进行一定长度的dma传输（buf_addr&buf_len）的过程中，每传输一定的byte（period_len），就会调用一次传输完成的回调函数

struct dma_async_tx_descriptor *dmaengine_prep_interleaved_dma( 
        struct dma_chan *chan, struct dma_interleaved_template *xt, 
        unsigned long flags);

获取传输描述符，可进行不连续的、交叉的DMA传输，通常用在图像处理、显示等场景中。

dma_cookie_t dmaengine_submit(struct dma_async_tx_descriptor *desc)

一旦传输描述符准备好并且回调函数也加入后，该函数把传输描述符加入到DMA engine驱动的等待队列，但不会启动DMA操作

void dma_async_issue_pending(struct dma_chan *chan)

该函数启动DMA传输，此时如果通道是空闲的，等待队列中的第一个传输描述符将会启动DMA操作。

static inline enum dma_status dma_async_is_tx_complete(struct dma_chan *chan,                                                                     
    dma_cookie_t cookie, dma_cookie_t *last, dma_cookie_t *used)

通过该接口测试传输是否完成，也可以通过回调函数获取传输完成的消息

3、测试之驱动

/* 
* dw axi dmac
* author: helb
* date: 2018-08-08
*/


#include <linux/module.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/dmaengine.h>

#define DRIVER_NAME 		"axidma"
#define AXIDMA_IOC_MAGIC 			'A'
#define AXIDMA_IOCGETCHN			_IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 0)
#define AXIDMA_IOCCFGANDSTART 		_IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 1)
#define AXIDMA_IOCGETSTATUS 		_IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 2)
#define AXIDMA_IOCRELEASECHN 		_IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 3)

#define AXI_DMA_MAX_CHANS 			8

#define DMA_CHN_UNUSED 		0
#define DMA_CHN_USED 		1

struct axidma_chncfg {
	unsigned int src_addr;
	unsigned int dst_addr;
	unsigned int len;
	unsigned char chn_num;
	unsigned char status;
	unsigned char reserve[2];
	unsigned int reserve2;
};

struct axidma_chns {
	struct dma_chan *dma_chan;
	unsigned char used;
#define DMA_STATUS_UNFINISHED	0
#define DMA_STATUS_FINISHED		1
	unsigned char status;
	unsigned char reserve[2];
};

struct axidma_chns channels[AXI_DMA_MAX_CHANS];

static int axidma_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk("Open: do nothing\n");
	return 0;
}

static int axidma_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk("Release: do nothing\n");
	return 0;
}

static ssize_t axidma_write(struct file *file, const char __user *data, size_t len, loff_t *ppos)
{
	printk("Write: do nothing\n");
	return 0;
}

static void dma_complete_func(void *status)
{
	*(char *)status = DMA_STATUS_FINISHED;
	printk("dma_complete!\n");
}

static long axidma_unlocked_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
	struct dma_device *dma_dev;
	struct dma_async_tx_descriptor *tx = NULL;
	dma_cap_mask_t mask;
	dma_cookie_t cookie;
	enum dma_ctrl_flags flags;

	struct axidma_chncfg chncfg;
	int ret = -1;
	int i;

	memset(&chncfg, 0, sizeof(struct axidma_chncfg));
	switch(cmd)
	{
		case AXIDMA_IOCGETCHN:
		{
			for(i=0; i<AXI_DMA_MAX_CHANS; i++) {
				if(DMA_CHN_UNUSED == channels[i].used)
					break;				
			}
			if(AXI_DMA_MAX_CHANS == i){
				printk("Get dma chn failed, because no idle channel\n");
				goto error;
			}
			else{
				channels[i].used = DMA_CHN_USED;
				channels[i].status = DMA_STATUS_UNFINISHED;
				chncfg.chn_num = i;
				chncfg.status = DMA_STATUS_UNFINISHED;
			}

			dma_cap_zero(mask);
			dma_cap_set(DMA_MEMCPY, mask); 
			channels[i].dma_chan = dma_request_channel(mask, NULL, NULL);
			if(!channels[i].dma_chan){
				printk("dma request channel failed\n");
				channels[i].used = DMA_CHN_UNUSED;
				goto error;
			}

			ret = copy_to_user((void __user *)arg, &chncfg, sizeof(struct axidma_chncfg));
			if(ret){
				printk("Copy to user failed\n");
				goto error;
			}
		}
		break;
		case AXIDMA_IOCCFGANDSTART:
		{
			ret = copy_from_user(&chncfg, (void __user *)arg, sizeof(struct axidma_chncfg));
			if(ret){
				printk("Copy from user failed\n");
				goto error;
			}

			if((chncfg.chn_num >= AXI_DMA_MAX_CHANS) || (!channels[chncfg.chn_num].dma_chan)){
				printk("chn_num[%d] is invalid\n", chncfg.chn_num);
				goto error;
			}

			dma_dev = channels[chncfg.chn_num].dma_chan->device;
			flags = DMA_CTRL_ACK | DMA_PREP_INTERRUPT;
			tx = dma_dev->device_prep_dma_memcpy(channels[chncfg.chn_num].dma_chan, chncfg.dst_addr, chncfg.src_addr, chncfg.len, flags);
			if(!tx){
				printk("Failed to prepare DMA memcpy\n");
				goto error;
			}
			tx->callback = dma_complete_func;
			channels[chncfg.chn_num].status = DMA_STATUS_UNFINISHED;
			tx->callback_param = &channels[chncfg.chn_num].status;
			cookie =  tx->tx_submit(tx);
			if(dma_submit_error(cookie)){
				printk("Failed to dma tx_submit\n");
				goto error;
			}
			dma_async_issue_pending(channels[chncfg.chn_num].dma_chan);
		}
		break;
		case AXIDMA_IOCGETSTATUS:
		{
			ret = copy_from_user(&chncfg, (void __user *)arg, sizeof(struct axidma_chncfg));
			if(ret){
				printk("Copy from user failed\n");
				goto error;
			}

			if(chncfg.chn_num >= AXI_DMA_MAX_CHANS){
				printk("chn_num[%d] is invalid\n", chncfg.chn_num);
				goto error;
			}
			chncfg.status = channels[chncfg.chn_num].status;
			ret = copy_to_user((void __user *)arg, &chncfg, sizeof(struct axidma_chncfg));
			if(ret){
				printk("Copy to user failed\n");
				goto error;
			}
		}
		break;
		case AXIDMA_IOCRELEASECHN:
		{
			ret = copy_from_user(&chncfg, (void __user *)arg, sizeof(struct axidma_chncfg));
			if(ret){
				printk("Copy from user failed\n");
				goto error;
			}
			if((chncfg.chn_num >= AXI_DMA_MAX_CHANS) || (!channels[chncfg.chn_num].dma_chan)){
				printk("chn_num[%d] is invalid\n", chncfg.chn_num);
				goto error;
			}

			dma_release_channel(channels[chncfg.chn_num].dma_chan);
			channels[chncfg.chn_num].used = DMA_CHN_UNUSED;
			channels[chncfg.chn_num].status = DMA_STATUS_UNFINISHED;
		}
		break;
		default:
			printk("Don't support cmd [%d]\n", cmd);
			break;
	}
	return 0;
error:
	return -EFAULT;
}

/*
 *    Kernel Interfaces
 */

static struct file_operations axidma_fops = {
    .owner        = THIS_MODULE,
    .llseek        = no_llseek,
    .write        = axidma_write,
    .unlocked_ioctl = axidma_unlocked_ioctl,
    .open        = axidma_open,
    .release    = axidma_release,
};

static struct miscdevice axidma_miscdev = {
    .minor        = MISC_DYNAMIC_MINOR,
    .name        = DRIVER_NAME,
    .fops        = &axidma_fops,
};

static int __init axidma_init(void)
{
    int ret = 0;

    ret = misc_register(&axidma_miscdev);
    if(ret) {
        printk (KERN_ERR "cannot register miscdev (err=%d)\n", ret);
		return ret;
    }
	memset(&channels, 0, sizeof(channels));

	return 0;
}

static void __exit axidma_exit(void)
{    
    misc_deregister(&axidma_miscdev);
}

module_init(axidma_init);
module_exit(axidma_exit);

MODULE_AUTHOR("hlb");
MODULE_DESCRIPTION("Axi Dmac Driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

4、测试之用户程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>

#define DRIVER_NAME 		"/dev/axidma"

#define AXIDMA_IOC_MAGIC 			'A'
#define AXIDMA_IOCGETCHN			_IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 0)
#define AXIDMA_IOCCFGANDSTART 		_IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 1)
#define AXIDMA_IOCGETSTATUS 		_IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 2)
#define AXIDMA_IOCRELEASECHN 		_IO(AXIDMA_IOC_MAGIC, 3)

#define DMA_STATUS_UNFINISHED	0
#define DMA_STATUS_FINISHED		1
struct axidma_chncfg {
	unsigned int src_addr;
	unsigned int dst_addr;
	unsigned int len;
	unsigned char chn_num;
	unsigned char status;
	unsigned char reserve[2];
	unsigned int reserve2;
};


#define SRC_ADDR 		0x60000000
#define DST_ADDR 		0x70000000
#define DMA_MEMCPY_LEN 	0x300000
int main(void)
{
	struct axidma_chncfg chncfg;
	int fd = -1;
	int ret;
	
	printf("AXI dma test, only support mem to mem: copy 0x60000000 to 0x70000000, size:3M\n");
	/* for test */
	read_org_data();

	/* open dev */
	fd = open(DRIVER_NAME, O_RDWR);
	if(fd < 0){
		printf("open %s failed\n", DRIVER_NAME);
		return -1;
	}
	
	/* get channel */
	ret = ioctl(fd, AXIDMA_IOCGETCHN, &chncfg);
	if(ret){
		printf("ioctl: get channel failed\n");
		goto error;
	}
	printf("channel: %d\n", chncfg.chn_num);

	/* config addr */
	chncfg.src_addr = SRC_ADDR;
	chncfg.dst_addr = DST_ADDR;
	chncfg.len = DMA_MEMCPY_LEN;
	ret = ioctl(fd, AXIDMA_IOCCFGANDSTART, &chncfg);
	if(ret){
		printf("ioctl: config and start dma failed\n");
		goto error;
	}

	/* wait finish */
	while(1){
		ret = ioctl(fd, AXIDMA_IOCGETSTATUS, &chncfg);
		if(ret){
			printf("ioctl: get status failed\n");
			goto error;
		}
		if (DMA_STATUS_FINISHED == chncfg.status){
			break;
		}
		printf("status:%d\n", chncfg.status);
		sleep(1);
	}

	/* release channel */
	ret = ioctl(fd, AXIDMA_IOCRELEASECHN, &chncfg);
	if(ret){
		printf("ioctl: release channel failed\n");
		goto error;
	}

	close(fd);

	/* for test */
	read_new_data();
	return 0;
error:
	close(fd);
	return -1;
}