Documentation/usb/dma.txt

   1 In Linux 2.5 kernels (and later), USB device drivers have additional control
   2 over how DMA may be used to perform I/O operations.  The APIs are detailed
   3 in the kernel usb programming guide (kerneldoc, from the source code).
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   6 API OVERVIEW
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   8 The big picture is that USB drivers can continue to ignore most DMA issues,
   9 though they still must provide DMA-ready buffers (see DMA-mapping.txt).
  10 That's how they've worked through the 2.4 (and earlier) kernels.
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  12 OR:  they can now be DMA-aware.
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  14 - New calls enable DMA-aware drivers, letting them allocate dma buffers and
  15   manage dma mappings for existing dma-ready buffers (see below).
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  17 - URBs have an additional "transfer_dma" field, as well as a transfer_flags
  18   bit saying if it's valid.  (Control requests also have "setup_dma" and a
  19   corresponding transfer_flags bit.)
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  21 - "usbcore" will map those DMA addresses, if a DMA-aware driver didn't do
  22   it first and set URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP or URB_NO_SETUP_DMA_MAP.  HCDs
  23   don't manage dma mappings for URBs.
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  25 - There's a new "generic DMA API", parts of which are usable by USB device
  26   drivers.  Never use dma_set_mask() on any USB interface or device; that
  27   would potentially break all devices sharing that bus.
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  30 ELIMINATING COPIES
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  32 It's good to avoid making CPUs copy data needlessly.  The costs can add up,
  33 and effects like cache-trashing can impose subtle penalties.
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  35 - When you're allocating a buffer for DMA purposes anyway, use the buffer
  36   primitives.  Think of them as kmalloc and kfree that give you the right
  37   kind of addresses to store in urb->transfer_buffer and urb->transfer_dma,
  38   while guaranteeing that no hidden copies through DMA "bounce" buffers will
  39   slow things down.  You'd also set URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP in
  40   urb->transfer_flags:
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  42         void *usb_buffer_alloc (struct usb_device *dev, size_t size,
  43                 int mem_flags, dma_addr_t *dma);
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  45         void usb_buffer_free (struct usb_device *dev, size_t size,
  46                 void *addr, dma_addr_t dma);
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  48   For control transfers you can use the buffer primitives or not for each
  49   of the transfer buffer and setup buffer independently.  Set the flag bits
  50   URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP and URB_NO_SETUP_DMA_MAP to indicate which
  51   buffers you have prepared.  For non-control transfers URB_NO_SETUP_DMA_MAP
  52   is ignored.
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  54   The memory buffer returned is "dma-coherent"; sometimes you might need to
  55   force a consistent memory access ordering by using memory barriers.  It's
  56   not using a streaming DMA mapping, so it's good for small transfers on
  57   systems where the I/O would otherwise tie up an IOMMU mapping.  (See
  58   Documentation/DMA-mapping.txt for definitions of "coherent" and "streaming"
  59   DMA mappings.)
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  61   Asking for 1/Nth of a page (as well as asking for N pages) is reasonably
  62   space-efficient.
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  64 - Devices on some EHCI controllers could handle DMA to/from high memory.
  65   Driver probe() routines can notice this using a generic DMA call, then
  66   tell higher level code (network, scsi, etc) about it like this:
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  68         if (dma_supported (&intf->dev, 0xffffffffffffffffULL))
  69                 net->features |= NETIF_F_HIGHDMA;
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  71   That can eliminate dma bounce buffering of requests that originate (or
  72   terminate) in high memory, in cases where the buffers aren't allocated
  73   with usb_buffer_alloc() but instead are dma-mapped.
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  76 WORKING WITH EXISTING BUFFERS
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  78 Existing buffers aren't usable for DMA without first being mapped into the
  79 DMA address space of the device.
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  81 - When you're using scatterlists, you can map everything at once.  On some
  82   systems, this kicks in an IOMMU and turns the scatterlists into single
  83   DMA transactions:
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  85         int usb_buffer_map_sg (struct usb_device *dev, unsigned pipe,
  86                 struct scatterlist *sg, int nents);
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  88         void usb_buffer_dmasync_sg (struct usb_device *dev, unsigned pipe,
  89                 struct scatterlist *sg, int n_hw_ents);
  90
  91         void usb_buffer_unmap_sg (struct usb_device *dev, unsigned pipe,
  92                 struct scatterlist *sg, int n_hw_ents);
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  94   It's probably easier to use the new usb_sg_*() calls, which do the DMA
  95   mapping and apply other tweaks to make scatterlist i/o be fast.
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  97 - Some drivers may prefer to work with the model that they're mapping large
  98   buffers, synchronizing their safe re-use.  (If there's no re-use, then let
  99   usbcore do the map/unmap.)  Large periodic transfers make good examples
 100   here, since it's cheaper to just synchronize the buffer than to unmap it
 101   each time an urb completes and then re-map it on during resubmission.
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 103   These calls all work with initialized urbs:  urb->dev, urb->pipe,
 104   urb->transfer_buffer, and urb->transfer_buffer_length must all be
 105   valid when these calls are used (urb->setup_packet must be valid too
 106   if urb is a control request):
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 108         struct urb *usb_buffer_map (struct urb *urb);
 109
 110         void usb_buffer_dmasync (struct urb *urb);
 111
 112         void usb_buffer_unmap (struct urb *urb);
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 114   The calls manage urb->transfer_dma for you, and set URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP
 115   so that usbcore won't map or unmap the buffer.  The same goes for
 116   urb->setup_dma and URB_NO_SETUP_DMA_MAP for control requests.