同步数据传输（块驱动程序）

本节介绍一种执行同步 I/O 传输的简单方法。此方法假设硬件是使用 DMA 一次只能传输一个数据缓冲区的简单磁盘设备。另一个假设是磁盘可以通过软件命令启动和停止。设备驱动程序的 strategy(9E) 例程等待当前请求完成，然后再接受新的请求。当传输完成时，设备中断。如果发生错误，设备也中断。

执行块驱动程序的同步数据传输的步骤如下：

1. 检查是否有无效的 buf(9S) 请求。

   检查传递到 strategy(9E) 的 buf(9S) 结构是否有效。所有驱动程序应检查以下条件：

   • 请求起始于有效的块。驱动程序将 b_blkno 字段转换为正确的设备偏移，然后确定该偏移对设备而言是否有效。

   • 请求不能超出设备上的最后一个块。

   • 满足特定于设备的要求。

   如果遇到错误，驱动程序应使用 bioerror(9F) 指示相应的错误。然后，驱动程序通过调用 biodone(9F) 来完成请求。biodone() 会通知 strategy(9E) 的调用方传输已完成。在本例中，传输因错误而停止。

2. 检查此设备是否忙。

   同步数据传输允许对设备进行单线程访问。设备驱动程序通过两种方式执行这种访问：

   • 驱动程序保持由互斥锁保护的忙标志。

   • 当设备忙时，驱动程序等待 cv_wait(9F) 的条件变量。

   如果设备忙，线程会一直等待，直到中断处理程序指示设备不再忙。cv_broadcast(9F) 或 cv_signal(9F) 函数可以指示可用的状态。有关条件变量的详细信息，请参见第 3 章。

   当设备不再忙时，strategy(9E) 例程将设备标记为可用。然后，strategy() 为传输准备缓冲区和设备。

3. 为 DMA 设置缓冲区。

   通过使用 ddi_dma_alloc_handle(9F) 为 DMA 传送准备数据缓冲区，以便分配 DMA 句柄。使用 ddi_dma_buf_bind_handle(9F) 将数据缓冲区绑定到该句柄。有关设置 DMA 资源及相关数据结构的信息，请参见第 9 章。

4. 开始传输。

   此时，指向 buf(9S) 结构的指针将保存在设备的状态结构中。然后中断例程通过调用 biodone(9F) 来完成传输。

   设备驱动程序随后访问设备寄存器以启动数据传输。在大多数情况下，驱动程序应通过使用互斥锁来保护设备寄存器免受其他线程干扰。在本例中，由于 strategy(9E) 是单线程的，因此没有必要保护设备寄存器。有关数据锁定的详细信息，请参见第 3 章。

   当执行线程已经启动设备的 DMA 引擎时，驱动程序可以将执行控制权返回到正在调用的例程，如下所示：

   static int
   xxstrategy(struct buf *bp)
   {
       struct xxstate *xsp;
       struct device_reg *regp;
       minor_t instance;
       ddi_dma_cookie_t cookie;
       instance = getminor(bp->b_edev);
       xsp = ddi_get_soft_state(statep, instance);
       if (xsp == NULL) {
          bioerror(bp, ENXIO);
          biodone(bp);
          return (0);
       }
       /* validate the transfer request */
       if ((bp->b_blkno >= xsp->Nblocks) || (bp->b_blkno < 0)) {
          bioerror(bp, EINVAL);    
          biodone(bp);
          return (0);
       }
       /*
        * Hold off all threads until the device is not busy.
        */
       mutex_enter(&xsp->mu);
       while (xsp->busy) {
          cv_wait(&xsp->cv, &xsp->mu);
       }
       xsp->busy = 1;
       mutex_exit(&xsp->mu);
       /* 
        * If the device has power manageable components, 
        * mark the device busy with pm_busy_components(9F),
        * and then ensure that the device 
        * is powered up by calling pm_raise_power(9F).
        *
        * Set up DMA resources with ddi_dma_alloc_handle(9F) and
        * ddi_dma_buf_bind_handle(9F).
        */
       xsp->bp = bp;
       regp = xsp->regp;
       ddi_put32(xsp->data_access_handle, &regp->dma_addr,
           cookie.dmac_address);
       ddi_put32(xsp->data_access_handle, &regp->dma_size,
            (uint32_t)cookie.dmac_size);
       ddi_put8(xsp->data_access_handle, &regp->csr,
            ENABLE_INTERRUPTS | START_TRANSFER);
       return (0);
   }

5. 处理中断的设备。

   当设备完成数据传输时，设备会生成中断，最终导致驱动程序的中断例程被调用。注册中断时，大多数驱动程序将设备的状态结构指定为中断例程的参数。请参见 ddi_add_intr(9F) 手册页和注册中断。随后，中断例程可以访问正在被传输的 buf(9S) 结构，以及状态结构提供的任何其他信息。

   中断处理程序会检查设备的状态寄存器，来确定是否在未发生任何错误的情况下完成传输。如果发生错误，处理程序应该使用 bioerror(9F) 指示相应的错误。处理程序还应该清除设备的挂起中断，然后通过调用 biodone(9F) 来完成传输。

   最后一项任务是处理程序清除忙标志。处理程序随后对条件变量调用 cv_signal(9F) 或 cv_broadcast(9F)，发出设备不再忙的信号。此通知会使在 strategy(9E) 中等待设备的其他线程继续进行下一个数据传输。

   以下示例说明了一个同步中断例程。

示例 16-4 块驱动程序的同步中断例程

static u_int
xxintr(caddr_t arg)
{
    struct xxstate *xsp = (struct xxstate *)arg;
    struct buf *bp;
    uint8_t status;
    mutex_enter(&xsp->mu);
    status = ddi_get8(xsp->data_access_handle, &xsp->regp->csr);
    if (!(status & INTERRUPTING)) {
       mutex_exit(&xsp->mu);
       return (DDI_INTR_UNCLAIMED);
    }
    /* Get the buf responsible for this interrupt */
    bp = xsp->bp;
    xsp->bp = NULL;
    /*
     * This example is for a simple device which either
     * succeeds or fails the data transfer, indicated in the
     * command/status register.
     */
    if (status & DEVICE_ERROR) {
       /* failure */
       bp->b_resid = bp->b_bcount;
       bioerror(bp, EIO);
    } else {
       /* success */
       bp->b_resid = 0;
    }
    ddi_put8(xsp->data_access_handle, &xsp->regp->csr,
       CLEAR_INTERRUPT);
    /* The transfer has finished, successfully or not */
    biodone(bp);
    /*
     * If the device has power manageable components that were
     * marked busy in strategy(9F), mark them idle now with
     * pm_idle_component(9F)
     * Release any resources used in the transfer, such as DMA
     * resources ddi_dma_unbind_handle(9F) and
     * ddi_dma_free_handle(9F).
     *
     * Let the next I/O thread have access to the device.
     */
    xsp->busy = 0;
    cv_signal(&xsp->cv);
    mutex_exit(&xsp->mu);
    return (DDI_INTR_CLAIMED);
}