]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - share/man/man9/bus_dma.9
Regen src.conf.5 after r350980 (remove rsh/rlogin references)
[FreeBSD/FreeBSD.git] / share / man / man9 / bus_dma.9
1 .\" Copyright (c) 2002, 2003 Hiten M. Pandya.
2 .\" All rights reserved.
3 .\"
4 .\" Redistribution and use in source and binary forms, with or without
5 .\" modification, are permitted provided that the following conditions
6 .\" are met:
7 .\" 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
8 .\"    notice, this list of conditions, and the following disclaimer,
9 .\"    without modification, immediately at the beginning of the file.
10 .\" 2. The name of the author may not be used to endorse or promote products
11 .\"    derived from this software without specific prior written permission.
12 .\"
13 .\" THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
14 .\" ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
15 .\" IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
16 .\" ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR, CONTRIBUTORS OR THE
17 .\" VOICES IN HITEN PANDYA'S HEAD BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
18 .\" SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED
19 .\" TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
20 .\" PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
21 .\" LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
22 .\" NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
23 .\" SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
24 .\"
25 .\" Copyright (c) 1996, 1997, 1998, 2001 The NetBSD Foundation, Inc.
26 .\" All rights reserved.
27 .\"
28 .\" This code is derived from software contributed to The NetBSD Foundation
29 .\" by Jason R. Thorpe of the Numerical Aerospace Simulation Facility,
30 .\" NASA Ames Research Center.
31 .\"
32 .\" Redistribution and use in source and binary forms, with or without
33 .\" modification, are permitted provided that the following conditions
34 .\" are met:
35 .\" 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
36 .\"    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
37 .\" 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
38 .\"    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
39 .\"    documentation and/or other materials provided with the distribution.
40 .\"
41 .\" THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE NETBSD FOUNDATION, INC. AND CONTRIBUTORS
42 .\" ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED
43 .\" TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
44 .\" PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR CONTRIBUTORS
45 .\" BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
46 .\" CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF
47 .\" SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
48 .\" INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
49 .\" CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
50 .\" ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
51 .\" POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
52 .\"
53 .\" $FreeBSD$
54 .\" $NetBSD: bus_dma.9,v 1.25 2002/10/14 13:43:16 wiz Exp $
55 .\"
56 .Dd August 11, 2018
57 .Dt BUS_DMA 9
58 .Os
59 .Sh NAME
60 .Nm bus_dma ,
61 .Nm bus_dma_tag_create ,
62 .Nm bus_dma_tag_destroy ,
63 .Nm bus_dmamap_create ,
64 .Nm bus_dmamap_destroy ,
65 .Nm bus_dmamap_load ,
66 .Nm bus_dmamap_load_bio ,
67 .Nm bus_dmamap_load_ccb ,
68 .Nm bus_dmamap_load_mbuf ,
69 .Nm bus_dmamap_load_mbuf_sg ,
70 .Nm bus_dmamap_load_uio ,
71 .Nm bus_dmamap_unload ,
72 .Nm bus_dmamap_sync ,
73 .Nm bus_dmamem_alloc ,
74 .Nm bus_dmamem_free
75 .Nd Bus and Machine Independent DMA Mapping Interface
76 .Sh SYNOPSIS
77 .In machine/bus.h
78 .Ft int
79 .Fn bus_dma_tag_create "bus_dma_tag_t parent" "bus_size_t alignment" \
80 "bus_addr_t boundary" "bus_addr_t lowaddr" "bus_addr_t highaddr" \
81 "bus_dma_filter_t *filtfunc" "void *filtfuncarg" "bus_size_t maxsize" \
82 "int nsegments" "bus_size_t maxsegsz" "int flags" "bus_dma_lock_t *lockfunc" \
83 "void *lockfuncarg" "bus_dma_tag_t *dmat"
84 .Ft int
85 .Fn bus_dma_tag_destroy "bus_dma_tag_t dmat"
86 .Ft int
87 .Fn bus_dmamap_create "bus_dma_tag_t dmat" "int flags" "bus_dmamap_t *mapp"
88 .Ft int
89 .Fn bus_dmamap_destroy "bus_dma_tag_t dmat" "bus_dmamap_t map"
90 .Ft int
91 .Fn bus_dmamap_load "bus_dma_tag_t dmat" "bus_dmamap_t map" "void *buf" \
92 "bus_size_t buflen" "bus_dmamap_callback_t *callback" "void *callback_arg" \
93 "int flags"
94 .Ft int
95 .Fn bus_dmamap_load_bio "bus_dma_tag_t dmat" "bus_dmamap_t map" \
96 "struct bio *bio" "bus_dmamap_callback_t *callback" "void *callback_arg" \
97 "int flags"
98 .Ft int
99 .Fn bus_dmamap_load_ccb "bus_dma_tag_t dmat" "bus_dmamap_t map" \
100 "union ccb *ccb" "bus_dmamap_callback_t *callback" "void *callback_arg" \
101 "int flags"
102 .Ft int
103 .Fn bus_dmamap_load_mbuf "bus_dma_tag_t dmat" "bus_dmamap_t map" \
104 "struct mbuf *mbuf" "bus_dmamap_callback2_t *callback" "void *callback_arg" \
105 "int flags"
106 .Ft int
107 .Fn bus_dmamap_load_mbuf_sg "bus_dma_tag_t dmat" "bus_dmamap_t map" \
108 "struct mbuf *mbuf" "bus_dma_segment_t *segs" "int *nsegs" "int flags"
109 .Ft int
110 .Fn bus_dmamap_load_uio "bus_dma_tag_t dmat" "bus_dmamap_t map" \
111 "struct uio *uio" "bus_dmamap_callback2_t *callback" "void *callback_arg" \
112 "int flags"
113 .Ft void
114 .Fn bus_dmamap_unload "bus_dma_tag_t dmat" "bus_dmamap_t map"
115 .Ft void
116 .Fn bus_dmamap_sync "bus_dma_tag_t dmat" "bus_dmamap_t map" \
117 "op"
118 .Ft int
119 .Fn bus_dmamem_alloc "bus_dma_tag_t dmat" "void **vaddr" \
120 "int flags" "bus_dmamap_t *mapp"
121 .Ft void
122 .Fn bus_dmamem_free "bus_dma_tag_t dmat" "void *vaddr" \
123 "bus_dmamap_t map"
124 .Sh DESCRIPTION
125 Direct Memory Access (DMA) is a method of transferring data
126 without involving the CPU, thus providing higher performance.
127 A DMA transaction can be achieved between device to memory,
128 device to device, or memory to memory.
129 .Pp
130 The
131 .Nm
132 API is a bus, device, and machine-independent (MI) interface to
133 DMA mechanisms.
134 It provides the client with flexibility and simplicity by
135 abstracting machine dependent issues like setting up
136 DMA mappings, handling cache issues, bus specific features
137 and limitations.
138 .Sh OVERVIEW
139 A tag structure
140 .Vt ( bus_dma_tag_t )
141 is used to describe the properties of a group of related DMA
142 transactions.
143 One way to view this is that a tag describes the limitations of a DMA engine.
144 For example, if a DMA engine in a device is limited to 32-bit addresses,
145 that limitation is specified by a parameter when creating the tag
146 for that device.
147 Similarly, a tag can be marked as requiring buffers whose addresses are
148 aligned to a specific boundary.
149 .Pp
150 Some devices may require multiple tags to describe DMA
151 transactions with differing properties.
152 For example, a device might require 16-byte alignment of its descriptor ring
153 while permitting arbitrary alignment of I/O buffers.
154 In this case,
155 the driver must create one tag for the descriptor ring and a separate tag for
156 I/O buffers.
157 If a device has restrictions that are common to all DMA transactions
158 in addition to restrictions that differ between unrelated groups of
159 transactions,
160 the driver can first create a
161 .Dq parent
162 tag that decribes the common restrictions.
163 The per-group tags can then inherit these restrictions from this
164 .Dq parent
165 tag rather than having to list them explicitly when creating the per-group tags.
166 .Pp
167 A mapping structure
168 .Vt ( bus_dmamap_t )
169 represents a mapping of a memory region for DMA.
170 On systems with I/O MMUs,
171 the mapping structure tracks any I/O MMU entries used by a request.
172 For DMA requests that require bounce pages,
173 the mapping tracks the bounce pages used.
174 .Pp
175 To prepare for one or more DMA transactions,
176 a mapping must be bound to a memory region by calling one of the
177 .Fn bus_dmamap_load
178 functions.
179 These functions configure the mapping which can include programming entries
180 in an I/O MMU and/or allocating bounce pages.
181 An output of these functions
182 (either directly or indirectly by invoking a callback routine)
183 is the list of scatter/gather address ranges a consumer can pass to a DMA
184 engine to access the memory region.
185 When a mapping is no longer needed,
186 the mapping must be unloaded via
187 .Fn bus_dmamap_unload .
188 .Pp
189 Before and after each DMA transaction,
190 .Fn bus_dmamap_sync
191 must be used to ensure that the correct data is used by the DMA engine and
192 the CPU.
193 If a mapping uses bounce pages,
194 the sync operations copy data between the bounce pages and the memory region
195 bound to the mapping.
196 Sync operations also handle architecture-specific details such as CPU cache
197 flushing and CPU memory operation ordering.
198 .Sh STATIC VS DYNAMIC
199 .Nm
200 handles two types of DMA transactions: static and dynamic.
201 Static transactions are used with a long-lived memory region that is reused
202 for many transactions such as a descriptor ring.
203 Dynamic transactions are used for transfers to or from transient buffers
204 such as I/O buffers holding a network packet or disk block.
205 Each transaction type uses a different subset of the
206 .Nm
207 API.
208 .Ss Static Transactions
209 Static transactions use memory regions allocated by
210 .Nm .
211 Each static memory region is allocated by calling
212 .Fn bus_dmamem_alloc .
213 This function requires a valid tag describing the properties of the
214 DMA transactions to this region such as alignment or address restrictions.
215 Multiple regions can share a single tag if they share the same restrictions.
216 .Pp
217 .Fn bus_dmamem_alloc
218 allocates a memory region along with a mapping object.
219 The associated tag, memory region, and mapping object must then be passed to
220 .Fn bus_dmamap_load
221 to bind the mapping to the allocated region and obtain the
222 scatter/gather list.
223 .Pp
224 It is expected that
225 .Fn bus_dmamem_alloc
226 will attempt to allocate memory requiring less expensive sync operations
227 (for example, implementations should not allocate regions requiring bounce
228 pages),
229 but sync operations should still be used.
230 For example, a driver should use
231 .Fn bus_dmamap_sync
232 in an interrupt handler before reading descriptor ring entries written by the
233 device prior to the interrupt.
234 .Pp
235 When a consumer is finished with a memory region,
236 it should unload the mapping via
237 .Fn bus_dmamap_unload
238 and then release the memory region and mapping object via
239 .Fn bus_dmamem_free .
240 .Ss Dynamic Transactions
241 Dynamic transactions map memory regions provided by other parts of the system.
242 A tag must be created via
243 .Fn bus_dma_tag_create
244 to describe the DMA transactions to and from these memory regions,
245 and a pool of mapping objects must be allocated via
246 .Fn bus_dmamap_create
247 to track the mappings of any in-flight transactions.
248 .Pp
249 When a consumer wishes to schedule a transaction for a memory region,
250 the consumer must first obtain an unused mapping object from its pool
251 of mapping objects.
252 The memory region must be bound to the mapping object via one of the
253 .Fn bus_dmamap_load
254 functions.
255 Before scheduling the transaction,
256 the consumer should sync the memory region via
257 .Fn bus_dmamap_sync
258 with one or more of the
259 .Dq PRE
260 flags.
261 After the transaction has completed,
262 the consumer should sync the memory region via
263 .Fn bus_dmamap_sync
264 with one or more of the
265 .Dq POST
266 flags.
267 The mapping can then be unloaded via
268 .Fn bus_dmamap_unload ,
269 and the mapping object can be returned to the pool of unused mapping objects.
270 .Pp
271 When a consumer is no longer scheduling DMA transactions,
272 the mapping objects should be freed via
273 .Fn bus_dmamap_destroy ,
274 and the tag should be freed via
275 .Fn bus_dma_tag_destroy .
276 .Sh STRUCTURES AND TYPES
277 .Bl -tag -width indent
278 .It Vt bus_dma_tag_t
279 A machine-dependent (MD) opaque type that describes the
280 characteristics of a group of DMA transactions.
281 DMA tags are organized into a hierarchy, with each child
282 tag inheriting the restrictions of its parent.
283 This allows all devices along the path of DMA transactions
284 to contribute to the constraints of those transactions.
285 .It Vt bus_dma_filter_t
286 Client specified address filter having the format:
287 .Bl -tag -width indent
288 .It Ft int
289 .Fn "client_filter" "void *filtarg" "bus_addr_t testaddr"
290 .El
291 .Pp
292 Address filters can be specified during tag creation to allow
293 for devices whose DMA address restrictions cannot be specified
294 by a single window.
295 The
296 .Fa filtarg
297 argument is specified by the client during tag creation to be passed to all
298 invocations of the callback.
299 The
300 .Fa testaddr
301 argument contains a potential starting address of a DMA mapping.
302 The filter function operates on the set of addresses from
303 .Fa testaddr
304 to
305 .Ql trunc_page(testaddr) + PAGE_SIZE - 1 ,
306 inclusive.
307 The filter function should return zero if any mapping in this range
308 can be accommodated by the device and non-zero otherwise.
309 .It Vt bus_dma_segment_t
310 A machine-dependent type that describes individual
311 DMA segments.
312 It contains the following fields:
313 .Bd -literal
314         bus_addr_t      ds_addr;
315         bus_size_t      ds_len;
316 .Ed
317 .Pp
318 The
319 .Fa ds_addr
320 field contains the device visible address of the DMA segment, and
321 .Fa ds_len
322 contains the length of the DMA segment.
323 Although the DMA segments returned by a mapping call will adhere to
324 all restrictions necessary for a successful DMA operation, some conversion
325 (e.g.\& a conversion from host byte order to the device's byte order) is
326 almost always required when presenting segment information to the device.
327 .It Vt bus_dmamap_t
328 A machine-dependent opaque type describing an individual mapping.
329 One map is used for each memory allocation that will be loaded.
330 Maps can be reused once they have been unloaded.
331 Multiple maps can be associated with one DMA tag.
332 While the value of the map may evaluate to
333 .Dv NULL
334 on some platforms under certain conditions,
335 it should never be assumed that it will be
336 .Dv NULL
337 in all cases.
338 .It Vt bus_dmamap_callback_t
339 Client specified callback for receiving mapping information resulting from
340 the load of a
341 .Vt bus_dmamap_t
342 via
343 .Fn bus_dmamap_load ,
344 .Fn bus_dmamap_load_bio
345 or
346 .Fn bus_dmamap_load_ccb .
347 Callbacks are of the format:
348 .Bl -tag -width indent
349 .It Ft void
350 .Fn "client_callback" "void *callback_arg" "bus_dma_segment_t *segs" \
351 "int nseg" "int error"
352 .El
353 .Pp
354 The
355 .Fa callback_arg
356 is the callback argument passed to dmamap load functions.
357 The
358 .Fa segs
359 and
360 .Fa nseg
361 arguments describe an array of
362 .Vt bus_dma_segment_t
363 structures that represent the mapping.
364 This array is only valid within the scope of the callback function.
365 The success or failure of the mapping is indicated by the
366 .Fa error
367 argument.
368 More information on the use of callbacks can be found in the
369 description of the individual dmamap load functions.
370 .It Vt bus_dmamap_callback2_t
371 Client specified callback for receiving mapping information resulting from
372 the load of a
373 .Vt bus_dmamap_t
374 via
375 .Fn bus_dmamap_load_uio
376 or
377 .Fn bus_dmamap_load_mbuf .
378 .Pp
379 Callback2s are of the format:
380 .Bl -tag -width indent
381 .It Ft void
382 .Fn "client_callback2" "void *callback_arg" "bus_dma_segment_t *segs" \
383 "int nseg" "bus_size_t mapsize" "int error"
384 .El
385 .Pp
386 Callback2's behavior is the same as
387 .Vt bus_dmamap_callback_t
388 with the addition that the length of the data mapped is provided via
389 .Fa mapsize .
390 .It Vt bus_dmasync_op_t
391 Memory synchronization operation specifier.
392 Bus DMA requires explicit synchronization of memory with its device
393 visible mapping in order to guarantee memory coherency.
394 The
395 .Vt bus_dmasync_op_t
396 allows the type of DMA operation that will be or has been performed
397 to be communicated to the system so that the correct coherency measures
398 are taken.
399 The operations are represented as bitfield flags that can be combined together,
400 though it only makes sense to combine PRE flags or POST flags, not both.
401 See the
402 .Fn bus_dmamap_sync
403 description below for more details on how to use these operations.
404 .Pp
405 All operations specified below are performed from the host memory point of view,
406 where a read implies data coming from the device to the host memory, and a write
407 implies data going from the host memory to the device.
408 Alternatively, the operations can be thought of in terms of driver operations,
409 where reading a network packet or storage sector corresponds to a read operation
410 in
411 .Nm .
412 .Bl -tag -width ".Dv BUS_DMASYNC_POSTWRITE"
413 .It Dv BUS_DMASYNC_PREREAD
414 Perform any synchronization required prior to an update of host memory by the
415 device.
416 .It Dv BUS_DMASYNC_PREWRITE
417 Perform any synchronization required after an update of host memory by the CPU
418 and prior to device access to host memory.
419 .It Dv BUS_DMASYNC_POSTREAD
420 Perform any synchronization required after an update of host memory by the
421 device and prior to CPU access to host memory.
422 .It Dv BUS_DMASYNC_POSTWRITE
423 Perform any synchronization required after device access to host memory.
424 .El
425 .It Vt bus_dma_lock_t
426 Client specified lock/mutex manipulation method.
427 This will be called from
428 within busdma whenever a client lock needs to be manipulated.
429 In its current form, the function will be called immediately before
430 the callback for a DMA load operation that has been deferred with
431 .Dv BUS_DMA_LOCK
432 and immediately after with
433 .Dv BUS_DMA_UNLOCK .
434 If the load operation does not need to be deferred, then it
435 will not be called since the function loading the map should
436 be holding the appropriate locks.
437 This method is of the format:
438 .Bl -tag -width indent
439 .It Ft void
440 .Fn "lockfunc" "void *lockfunc_arg" "bus_dma_lock_op_t op"
441 .El
442 .Pp
443 The
444 .Fa lockfuncarg
445 argument is specified by the client during tag creation to be passed to all
446 invocations of the callback.
447 The
448 .Fa op
449 argument specifies the lock operation to perform.
450 .Pp
451 Two
452 .Vt lockfunc
453 implementations are provided for convenience.
454 .Fn busdma_lock_mutex
455 performs standard mutex operations on the sleep mutex provided via
456 .Fa lockfuncarg .
457 .Fn dflt_lock
458 will generate a system panic if it is called.
459 It is substituted into the tag when
460 .Fa lockfunc
461 is passed as
462 .Dv NULL
463 to
464 .Fn bus_dma_tag_create
465 and is useful for tags that should not be used with deferred load operations.
466 .It Vt bus_dma_lock_op_t
467 Operations to be performed by the client-specified
468 .Fn lockfunc .
469 .Bl -tag -width ".Dv BUS_DMA_UNLOCK"
470 .It Dv BUS_DMA_LOCK
471 Acquires and/or locks the client locking primitive.
472 .It Dv BUS_DMA_UNLOCK
473 Releases and/or unlocks the client locking primitive.
474 .El
475 .El
476 .Sh FUNCTIONS
477 .Bl -tag -width indent
478 .It Fn bus_dma_tag_create "parent" "alignment" "boundary" "lowaddr" \
479 "highaddr" "*filtfunc" "*filtfuncarg" "maxsize" "nsegments" "maxsegsz" \
480 "flags" "lockfunc" "lockfuncarg" "*dmat"
481 Allocates a DMA tag, and initializes it according to
482 the arguments provided:
483 .Bl -tag -width ".Fa filtfuncarg"
484 .It Fa parent
485 A parent tag from which to inherit restrictions.
486 The restrictions passed in other arguments can only further tighten the
487 restrictions inherited from the parent tag.
488 .Pp
489 All tags created by a device driver must inherit from the tag returned by
490 .Fn bus_get_dma_tag
491 to honor restrictions between the parent bridge, CPU memory, and the
492 device.
493 .It Fa alignment
494 Alignment constraint, in bytes, of any mappings created using this tag.
495 The alignment must be a power of 2.
496 Hardware that can DMA starting at any address would specify
497 .Em 1
498 for byte alignment.
499 Hardware requiring DMA transfers to start on a multiple of 4K
500 would specify
501 .Em 4096 .
502 .It Fa boundary
503 Boundary constraint, in bytes, of the target DMA memory region.
504 The boundary indicates the set of addresses, all multiples of the
505 boundary argument, that cannot be crossed by a single
506 .Vt bus_dma_segment_t .
507 The boundary must be a power of 2 and must be no smaller than the
508 maximum segment size.
509 .Ql 0
510 indicates that there are no boundary restrictions.
511 .It Fa lowaddr , highaddr
512 Bounds of the window of bus address space that
513 .Em cannot
514 be directly accessed by the device.
515 The window contains all addresses greater than
516 .Fa lowaddr
517 and less than or equal to
518 .Fa highaddr .
519 For example, a device incapable of DMA above 4GB, would specify a
520 .Fa highaddr
521 of
522 .Dv BUS_SPACE_MAXADDR
523 and a
524 .Fa lowaddr
525 of
526 .Dv BUS_SPACE_MAXADDR_32BIT .
527 Similarly a device that can only perform DMA to addresses below
528 16MB would specify a
529 .Fa highaddr
530 of
531 .Dv BUS_SPACE_MAXADDR
532 and a
533 .Fa lowaddr
534 of
535 .Dv BUS_SPACE_MAXADDR_24BIT .
536 Some implementations require that some region of device visible
537 address space, overlapping available host memory, be outside the
538 window.
539 This area of
540 .Ql safe memory
541 is used to bounce requests that would otherwise conflict with
542 the exclusion window.
543 .It Fa filtfunc
544 Optional filter function (may be
545 .Dv NULL )
546 to be called for any attempt to
547 map memory into the window described by
548 .Fa lowaddr
549 and
550 .Fa highaddr .
551 A filter function is only required when the single window described
552 by
553 .Fa lowaddr
554 and
555 .Fa highaddr
556 cannot adequately describe the constraints of the device.
557 The filter function will be called for every machine page
558 that overlaps the exclusion window.
559 .It Fa filtfuncarg
560 Argument passed to all calls to the filter function for this tag.
561 May be
562 .Dv NULL .
563 .It Fa maxsize
564 Maximum size, in bytes, of the sum of all segment lengths in a given
565 DMA mapping associated with this tag.
566 .It Fa nsegments
567 Number of discontinuities (scatter/gather segments) allowed
568 in a DMA mapped region.
569 If there is no restriction,
570 .Dv BUS_SPACE_UNRESTRICTED
571 may be specified.
572 .It Fa maxsegsz
573 Maximum size, in bytes, of a segment in any DMA mapped region associated
574 with
575 .Fa dmat .
576 .It Fa flags
577 Are as follows:
578 .Bl -tag -width ".Dv BUS_DMA_ALLOCNOW"
579 .It Dv BUS_DMA_ALLOCNOW
580 Pre-allocate enough resources to handle at least one map load operation on
581 this tag.
582 If sufficient resources are not available,
583 .Er ENOMEM
584 is returned.
585 This should not be used for tags that only describe buffers that will be
586 allocated with
587 .Fn bus_dmamem_alloc .
588 Also, due to resource sharing with other tags, this flag does not guarantee
589 that resources will be allocated or reserved exclusively for this tag.
590 It should be treated only as a minor optimization.
591 .It Dv BUS_DMA_COHERENT
592 Indicate that the DMA engine and CPU are cache-coherent.
593 Cached memory may be used to back allocations created by
594 .Fn bus_dmamem_alloc .
595 For
596 .Fn bus_dma_tag_create ,
597 the
598 .Dv BUS_DMA_COHERENT
599 flag is currently implemented on arm64.
600 .El
601 .It Fa lockfunc
602 Optional lock manipulation function (may be
603 .Dv NULL )
604 to be called when busdma
605 needs to manipulate a lock on behalf of the client.
606 If
607 .Dv NULL
608 is specified,
609 .Fn dflt_lock
610 is used.
611 .It Fa lockfuncarg
612 Optional argument to be passed to the function specified by
613 .Fa lockfunc .
614 .It Fa dmat
615 Pointer to a bus_dma_tag_t where the resulting DMA tag will
616 be stored.
617 .El
618 .Pp
619 Returns
620 .Er ENOMEM
621 if sufficient memory is not available for tag creation
622 or allocating mapping resources.
623 .It Fn bus_dma_tag_destroy "dmat"
624 Deallocate the DMA tag
625 .Fa dmat
626 that was created by
627 .Fn bus_dma_tag_create .
628 .Pp
629 Returns
630 .Er EBUSY
631 if any DMA maps remain associated with
632 .Fa dmat
633 or
634 .Ql 0
635 on success.
636 .It Fn bus_dmamap_create "dmat" "flags" "*mapp"
637 Allocates and initializes a DMA map.
638 Arguments are as follows:
639 .Bl -tag -width ".Fa nsegments"
640 .It Fa dmat
641 DMA tag.
642 .It Fa flags
643 Are as follows:
644 .Bl -tag -width ".Dv BUS_DMA_COHERENT"
645 .It Dv BUS_DMA_COHERENT
646 Attempt to map the memory loaded with this map such that cache sync
647 operations are as cheap as possible.
648 This flag is typically set on maps when the memory loaded with these will
649 be accessed by both a CPU and a DMA engine, frequently such as control data
650 and as opposed to streamable data such as receive and transmit buffers.
651 Use of this flag does not remove the requirement of using
652 .Fn bus_dmamap_sync ,
653 but it may reduce the cost of performing these operations.
654 For
655 .Fn bus_dmamap_create ,
656 the
657 .Dv BUS_DMA_COHERENT
658 flag is currently implemented on sparc64.
659 .El
660 .It Fa mapp
661 Pointer to a
662 .Vt bus_dmamap_t
663 where the resulting DMA map will be stored.
664 .El
665 .Pp
666 Returns
667 .Er ENOMEM
668 if sufficient memory is not available for creating the
669 map or allocating mapping resources.
670 .It Fn bus_dmamap_destroy "dmat" "map"
671 Frees all resources associated with a given DMA map.
672 Arguments are as follows:
673 .Bl -tag -width ".Fa dmat"
674 .It Fa dmat
675 DMA tag used to allocate
676 .Fa map .
677 .It Fa map
678 The DMA map to destroy.
679 .El
680 .Pp
681 Returns
682 .Er EBUSY
683 if a mapping is still active for
684 .Fa map .
685 .It Fn bus_dmamap_load "dmat" "map" "buf" "buflen" "*callback" \
686 "callback_arg" "flags"
687 Creates a mapping in device visible address space of
688 .Fa buflen
689 bytes of
690 .Fa buf ,
691 associated with the DMA map
692 .Fa map .
693 This call will always return immediately and will not block for any reason.
694 Arguments are as follows:
695 .Bl -tag -width ".Fa buflen"
696 .It Fa dmat
697 DMA tag used to allocate
698 .Fa map .
699 .It Fa map
700 A DMA map without a currently active mapping.
701 .It Fa buf
702 A kernel virtual address pointer to a contiguous (in KVA) buffer, to be
703 mapped into device visible address space.
704 .It Fa buflen
705 The size of the buffer.
706 .It Fa callback Fa callback_arg
707 The callback function, and its argument.
708 This function is called once sufficient mapping resources are available for
709 the DMA operation.
710 If resources are temporarily unavailable, this function will be deferred until
711 later, but the load operation will still return immediately to the caller.
712 Thus, callers should not assume that the callback will be called before the
713 load returns, and code should be structured appropriately to handle this.
714 See below for specific flags and error codes that control this behavior.
715 .It Fa flags
716 Are as follows:
717 .Bl -tag -width ".Dv BUS_DMA_NOWAIT"
718 .It Dv BUS_DMA_NOWAIT
719 The load should not be deferred in case of insufficient mapping resources,
720 and instead should return immediately with an appropriate error.
721 .It Dv BUS_DMA_NOCACHE
722 The generated transactions to and from the virtual page are non-cacheable.
723 For
724 .Fn bus_dmamap_load ,
725 the
726 .Dv BUS_DMA_NOCACHE
727 flag is currently implemented on sparc64.
728 .El
729 .El
730 .Pp
731 Return values to the caller are as follows:
732 .Bl -tag -width ".Er EINPROGRESS"
733 .It 0
734 The callback has been called and completed.
735 The status of the mapping has been delivered to the callback.
736 .It Er EINPROGRESS
737 The mapping has been deferred for lack of resources.
738 The callback will be called as soon as resources are available.
739 Callbacks are serviced in FIFO order.
740 .Pp
741 Note that subsequent load operations for the same tag that do not require
742 extra resources will still succeed.
743 This may result in out-of-order processing of requests.
744 If the caller requires the order of requests to be preserved,
745 then the caller is required to stall subsequent requests until a pending
746 request's callback is invoked.
747 .It Er ENOMEM
748 The load request has failed due to insufficient resources, and the caller
749 specifically used the
750 .Dv BUS_DMA_NOWAIT
751 flag.
752 .It Er EINVAL
753 The load request was invalid.
754 The callback has been called and has been provided the same error.
755 This error value may indicate that
756 .Fa dmat ,
757 .Fa map ,
758 .Fa buf ,
759 or
760 .Fa callback
761 were invalid, or
762 .Fa buflen
763 was larger than the
764 .Fa maxsize
765 argument used to create the dma tag
766 .Fa dmat .
767 .El
768 .Pp
769 When the callback is called, it is presented with an error value
770 indicating the disposition of the mapping.
771 Error may be one of the following:
772 .Bl -tag -width ".Er EINPROGRESS"
773 .It 0
774 The mapping was successful and the
775 .Fa dm_segs
776 callback argument contains an array of
777 .Vt bus_dma_segment_t
778 elements describing the mapping.
779 This array is only valid during the scope of the callback function.
780 .It Er EFBIG
781 A mapping could not be achieved within the segment constraints provided
782 in the tag even though the requested allocation size was less than maxsize.
783 .El
784 .It Fn bus_dmamap_load_bio "dmat" "map" "bio" "callback" "callback_arg" "flags"
785 This is a variation of
786 .Fn bus_dmamap_load
787 which maps buffers pointed to by
788 .Fa bio
789 for DMA transfers.
790 .Fa bio
791 may point to either a mapped or unmapped buffer.
792 .It Fn bus_dmamap_load_ccb "dmat" "map" "ccb" "callback" "callback_arg" "flags"
793 This is a variation of
794 .Fn bus_dmamap_load
795 which maps data pointed to by
796 .Fa ccb
797 for DMA transfers.
798 The data for
799 .Fa ccb
800 may be any of the following types:
801 .Bl -tag -width ".Er CAM_DATA_SG_PADDR"
802 .It CAM_DATA_VADDR
803 The data is a single KVA buffer.
804 .It CAM_DATA_PADDR
805 The data is a single bus address range.
806 .It CAM_DATA_SG
807 The data is a scatter/gather list of KVA buffers.
808 .It CAM_DATA_SG_PADDR
809 The data is a scatter/gather list of bus address ranges.
810 .It CAM_DATA_BIO
811 The data is contained in a
812 .Vt struct bio
813 attached to the CCB.
814 .El
815 .Pp
816 .Fn bus_dmamap_load_ccb
817 supports the following CCB XPT function codes:
818 .Pp
819 .Bl -item -offset indent -compact
820 .It
821 XPT_ATA_IO
822 .It
823 XPT_CONT_TARGET_IO
824 .It
825 XPT_SCSI_IO
826 .El
827 .It Fn bus_dmamap_load_mbuf "dmat" "map" "mbuf" "callback2" "callback_arg" \
828 "flags"
829 This is a variation of
830 .Fn bus_dmamap_load
831 which maps mbuf chains
832 for DMA transfers.
833 A
834 .Vt bus_size_t
835 argument is also passed to the callback routine, which
836 contains the mbuf chain's packet header length.
837 The
838 .Dv BUS_DMA_NOWAIT
839 flag is implied, thus no callback deferral will happen.
840 .Pp
841 Mbuf chains are assumed to be in kernel virtual address space.
842 .Pp
843 Beside the error values listed for
844 .Fn bus_dmamap_load ,
845 .Er EINVAL
846 will be returned if the size of the mbuf chain exceeds the maximum limit of the
847 DMA tag.
848 .It Fn bus_dmamap_load_mbuf_sg "dmat" "map" "mbuf" "segs" "nsegs" "flags"
849 This is just like
850 .Fn bus_dmamap_load_mbuf
851 except that it returns immediately without calling a callback function.
852 It is provided for efficiency.
853 The scatter/gather segment array
854 .Va segs
855 is provided by the caller and filled in directly by the function.
856 The
857 .Va nsegs
858 argument is returned with the number of segments filled in.
859 Returns the same errors as
860 .Fn bus_dmamap_load_mbuf .
861 .It Fn bus_dmamap_load_uio "dmat" "map" "uio" "callback2" "callback_arg" "flags"
862 This is a variation of
863 .Fn bus_dmamap_load
864 which maps buffers pointed to by
865 .Fa uio
866 for DMA transfers.
867 A
868 .Vt bus_size_t
869 argument is also passed to the callback routine, which contains the size of
870 .Fa uio ,
871 i.e.
872 .Fa uio->uio_resid .
873 The
874 .Dv BUS_DMA_NOWAIT
875 flag is implied, thus no callback deferral will happen.
876 Returns the same errors as
877 .Fn bus_dmamap_load .
878 .Pp
879 If
880 .Fa uio->uio_segflg
881 is
882 .Dv UIO_USERSPACE ,
883 then it is assumed that the buffer,
884 .Fa uio
885 is in
886 .Fa "uio->uio_td->td_proc" Ns 's
887 address space.
888 User space memory must be in-core and wired prior to attempting a map
889 load operation.
890 Pages may be locked using
891 .Xr vslock 9 .
892 .It Fn bus_dmamap_unload "dmat" "map"
893 Unloads a DMA map.
894 Arguments are as follows:
895 .Bl -tag -width ".Fa dmam"
896 .It Fa dmat
897 DMA tag used to allocate
898 .Fa map .
899 .It Fa map
900 The DMA map that is to be unloaded.
901 .El
902 .Pp
903 .Fn bus_dmamap_unload
904 will not perform any implicit synchronization of DMA buffers.
905 This must be done explicitly by a call to
906 .Fn bus_dmamap_sync
907 prior to unloading the map.
908 .It Fn bus_dmamap_sync "dmat" "map" "op"
909 Performs synchronization of a device visible mapping with the CPU visible
910 memory referenced by that mapping.
911 Arguments are as follows:
912 .Bl -tag -width ".Fa dmat"
913 .It Fa dmat
914 DMA tag used to allocate
915 .Fa map .
916 .It Fa map
917 The DMA mapping to be synchronized.
918 .It Fa op
919 Type of synchronization operation to perform.
920 See the definition of
921 .Vt bus_dmasync_op_t
922 for a description of the acceptable values for
923 .Fa op .
924 .El
925 .Pp
926 The
927 .Fn bus_dmamap_sync
928 function
929 is the method used to ensure that CPU's and device's direct
930 memory access (DMA) to shared
931 memory is coherent.
932 For example, the CPU might be used to set up the contents of a buffer
933 that is to be made available to a device.
934 To ensure that the data are visible via the device's mapping of that
935 memory, the buffer must be loaded and a DMA sync operation of
936 .Dv BUS_DMASYNC_PREWRITE
937 must be performed after the CPU has updated the buffer and before the device
938 access is initiated.
939 If the CPU modifies this buffer again later, another
940 .Dv BUS_DMASYNC_PREWRITE
941 sync operation must be performed before an additional device
942 access.
943 Conversely, suppose a device updates memory that is to be read by a CPU.
944 In this case, the buffer must be loaded, and a DMA sync operation of
945 .Dv BUS_DMASYNC_PREREAD
946 must be performed before the device access is initiated.
947 The CPU will only be able to see the results of this memory update
948 once the DMA operation has completed and a
949 .Dv BUS_DMASYNC_POSTREAD
950 sync operation has been performed.
951 .Pp
952 If read and write operations are not preceded and followed by the
953 appropriate synchronization operations, behavior is undefined.
954 .It Fn bus_dmamem_alloc "dmat" "**vaddr" "flags" "*mapp"
955 Allocates memory that is mapped into KVA at the address returned
956 in
957 .Fa vaddr
958 and that is permanently loaded into the newly created
959 .Vt bus_dmamap_t
960 returned via
961 .Fa mapp .
962 Arguments are as follows:
963 .Bl -tag -width ".Fa alignment"
964 .It Fa dmat
965 DMA tag describing the constraints of the DMA mapping.
966 .It Fa vaddr
967 Pointer to a pointer that will hold the returned KVA mapping of
968 the allocated region.
969 .It Fa flags
970 Flags are defined as follows:
971 .Bl -tag -width ".Dv BUS_DMA_NOWAIT"
972 .It Dv BUS_DMA_WAITOK
973 The routine can safely wait (sleep) for resources.
974 .It Dv BUS_DMA_NOWAIT
975 The routine is not allowed to wait for resources.
976 If resources are not available,
977 .Dv ENOMEM
978 is returned.
979 .It Dv BUS_DMA_COHERENT
980 Attempt to map this memory in a coherent fashion.
981 See
982 .Fn bus_dmamap_create
983 above for a description of this flag.
984 For
985 .Fn bus_dmamem_alloc ,
986 the
987 .Dv BUS_DMA_COHERENT
988 flag is currently implemented on arm, arm64 and sparc64.
989 .It Dv BUS_DMA_ZERO
990 Causes the allocated memory to be set to all zeros.
991 .It Dv BUS_DMA_NOCACHE
992 The allocated memory will not be cached in the processor caches.
993 All memory accesses appear on the bus and are executed
994 without reordering.
995 For
996 .Fn bus_dmamem_alloc ,
997 the
998 .Dv BUS_DMA_NOCACHE
999 flag is currently implemented on amd64 and i386 where it results in the
1000 Strong Uncacheable PAT to be set for the allocated virtual address range.
1001 .El
1002 .It Fa mapp
1003 Pointer to a
1004 .Vt bus_dmamap_t
1005 where the resulting DMA map will be stored.
1006 .El
1007 .Pp
1008 The size of memory to be allocated is
1009 .Fa maxsize
1010 as specified in the call to
1011 .Fn bus_dma_tag_create
1012 for
1013 .Fa dmat .
1014 .Pp
1015 The current implementation of
1016 .Fn bus_dmamem_alloc
1017 will allocate all requests as a single segment.
1018 .Pp
1019 An initial load operation is required to obtain the bus address of the allocated
1020 memory, and an unload operation is required before freeing the memory, as
1021 described below in
1022 .Fn bus_dmamem_free .
1023 Maps are automatically handled by this function and should not be explicitly
1024 allocated or destroyed.
1025 .Pp
1026 Although an explicit load is not required for each access to the memory
1027 referenced by the returned map, the synchronization requirements
1028 as described in the
1029 .Fn bus_dmamap_sync
1030 section still apply and should be used to achieve portability on architectures
1031 without coherent buses.
1032 .Pp
1033 Returns
1034 .Er ENOMEM
1035 if sufficient memory is not available for completing
1036 the operation.
1037 .It Fn bus_dmamem_free "dmat" "*vaddr" "map"
1038 Frees memory previously allocated by
1039 .Fn bus_dmamem_alloc .
1040 Any mappings
1041 will be invalidated.
1042 Arguments are as follows:
1043 .Bl -tag -width ".Fa vaddr"
1044 .It Fa dmat
1045 DMA tag.
1046 .It Fa vaddr
1047 Kernel virtual address of the memory.
1048 .It Fa map
1049 DMA map to be invalidated.
1050 .El
1051 .El
1052 .Sh RETURN VALUES
1053 Behavior is undefined if invalid arguments are passed to
1054 any of the above functions.
1055 If sufficient resources cannot be allocated for a given
1056 transaction,
1057 .Er ENOMEM
1058 is returned.
1059 All
1060 routines that are not of type
1061 .Vt void
1062 will return 0 on success or an error
1063 code on failure as discussed above.
1064 .Pp
1065 All
1066 .Vt void
1067 routines will succeed if provided with valid arguments.
1068 .Sh LOCKING
1069 Two locking protocols are used by
1070 .Nm .
1071 The first is a private global lock that is used to synchronize access to the
1072 bounce buffer pool on the architectures that make use of them.
1073 This lock is strictly a leaf lock that is only used internally to
1074 .Nm
1075 and is not exposed to clients of the API.
1076 .Pp
1077 The second protocol involves protecting various resources stored in the tag.
1078 Since almost all
1079 .Nm
1080 operations are done through requests from the driver that created the tag,
1081 the most efficient way to protect the tag resources is through the lock that
1082 the driver uses.
1083 In cases where
1084 .Nm
1085 acts on its own without being called by the driver, the lock primitive
1086 specified in the tag is acquired and released automatically.
1087 An example of this is when the
1088 .Fn bus_dmamap_load
1089 callback function is called from a deferred context instead of the driver
1090 context.
1091 This means that certain
1092 .Nm
1093 functions must always be called with the same lock held that is specified in the
1094 tag.
1095 These functions include:
1096 .Pp
1097 .Bl -item -offset indent -compact
1098 .It
1099 .Fn bus_dmamap_load
1100 .It
1101 .Fn bus_dmamap_load_bio
1102 .It
1103 .Fn bus_dmamap_load_ccb
1104 .It
1105 .Fn bus_dmamap_load_mbuf
1106 .It
1107 .Fn bus_dmamap_load_mbuf_sg
1108 .It
1109 .Fn bus_dmamap_load_uio
1110 .It
1111 .Fn bus_dmamap_unload
1112 .It
1113 .Fn bus_dmamap_sync
1114 .El
1115 .Pp
1116 There is one exception to this rule.
1117 It is common practice to call some of these functions during driver start-up
1118 without any locks held.
1119 So long as there is a guarantee of no possible concurrent use of the tag by
1120 different threads during this operation, it is safe to not hold a lock for
1121 these functions.
1122 .Pp
1123 Certain
1124 .Nm
1125 operations should not be called with the driver lock held, either because
1126 they are already protected by an internal lock, or because they might sleep
1127 due to memory or resource allocation.
1128 The following functions must not be
1129 called with any non-sleepable locks held:
1130 .Pp
1131 .Bl -item -offset indent -compact
1132 .It
1133 .Fn bus_dma_tag_create
1134 .It
1135 .Fn bus_dmamap_create
1136 .It
1137 .Fn bus_dmamem_alloc
1138 .El
1139 .Pp
1140 All other functions do not have a locking protocol and can thus be
1141 called with or without any system or driver locks held.
1142 .Sh SEE ALSO
1143 .Xr devclass 9 ,
1144 .Xr device 9 ,
1145 .Xr driver 9 ,
1146 .Xr rman 9 ,
1147 .Xr vslock 9
1148 .Pp
1149 .Rs
1150 .%A "Jason R. Thorpe"
1151 .%T "A Machine-Independent DMA Framework for NetBSD"
1152 .%J "Proceedings of the Summer 1998 USENIX Technical Conference"
1153 .%Q "USENIX Association"
1154 .%D "June 1998"
1155 .Re
1156 .Sh HISTORY
1157 The
1158 .Nm
1159 interface first appeared in
1160 .Nx 1.3 .
1161 .Pp
1162 The
1163 .Nm
1164 API was adopted from
1165 .Nx
1166 for use in the CAM SCSI subsystem.
1167 The alterations to the original API were aimed to remove the need for
1168 a
1169 .Vt bus_dma_segment_t
1170 array stored in each
1171 .Vt bus_dmamap_t
1172 while allowing callers to queue up on scarce resources.
1173 .Sh AUTHORS
1174 The
1175 .Nm
1176 interface was designed and implemented by
1177 .An Jason R. Thorpe
1178 of the Numerical Aerospace Simulation Facility, NASA Ames Research Center.
1179 Additional input on the
1180 .Nm
1181 design was provided by
1182 .An -nosplit
1183 .An Chris Demetriou ,
1184 .An Charles Hannum ,
1185 .An Ross Harvey ,
1186 .An Matthew Jacob ,
1187 .An Jonathan Stone ,
1188 and
1189 .An Matt Thomas .
1190 .Pp
1191 The
1192 .Nm
1193 interface in
1194 .Fx
1195 benefits from the contributions of
1196 .An Justin T. Gibbs ,
1197 .An Peter Wemm ,
1198 .An Doug Rabson ,
1199 .An Matthew N. Dodd ,
1200 .An Sam Leffler ,
1201 .An Maxime Henrion ,
1202 .An Jake Burkholder ,
1203 .An Takahashi Yoshihiro ,
1204 .An Scott Long
1205 and many others.
1206 .Pp
1207 This manual page was written by
1208 .An Hiten M. Pandya
1209 and
1210 .An Justin T. Gibbs .