Ausführliche Diskussion der Linux-Treibertechnologie (3) _Die Implementierungsprinzipien und verwandten Technologien der DMA-Programmierung

Beim Schreiben von Linux-Treibern ist die DMA-Programmierung eine sehr wichtige Technologie. Es kann eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung erreichen und die Systemleistung und Reaktionsgeschwindigkeit verbessern. In diesem Artikel werden wir uns mit den Implementierungsprinzipien und verwandten Technologien der Linux-Treibertechnologie (3) _DMA-Programmierung befassen.

DMA, Direct Memory Access, ist eine Technologie, die es Peripheriegeräten ermöglicht, ohne CPU-Beteiligung direkt auf Speicherdaten zuzugreifen. Wenn das Peripheriegerät den Speicher liest und schreibt, benachrichtigt DMAC die CPU über einen Interrupt Die Geschwindigkeit der Datenübertragung stellt sehr hohe Anforderungen an die Steuerung von Peripheriegeräten, wie z. B. Anzeigegeräten usw.

DMA- und Cache-Konsistenz

Wir wissen, dass moderne CPUs zur Verbesserung der Systembetriebseffizienz eine mehrstufige Cache-Struktur verwenden, die den Einsatz der mehrstufigen Cache-Technologie zum Zwischenspeichern von Daten im Speicher umfasst, um das Problem der Unterschiede in der CPU- und Speichergeschwindigkeit zu lindern. Unter dieser Prämisse ist es offensichtlich, dass, wenn die Daten im DMA-Speicher vom Cache zwischengespeichert wurden und das Peripheriegerät die Daten ändert, dies zu einer Nichtübereinstimmung zwischen den Cache-Daten und den Speicherdaten führt, d DMA und der Cache Sexuelle Probleme . Um dieses Problem zu lösen, besteht die einfachste Möglichkeit darin, die Cache-Funktion des DMA-Speichers zu deaktivieren, was natürlich zu einer Leistungseinbuße führt

Virtuelle Adresse vs. physische Adresse vs. Busadresse

In einem Computer mit einer MMU sieht die CPU eine

virtuelle Adresse

, die nach dem Senden an die MMU in eine physische Adresse umgewandelt wird. Die virtuelle Adresse wird dann über die entsprechende Schnittstelle in eine Busadresse umgewandelt Schaltkreis, das ist die Adresse, die das Peripheriegerät sieht. Daher ist die vom DMA-Peripheriegerät erkannte Adresse tatsächlich die Busadresse. Der Linux-Kernel stellt entsprechende APIs bereit, um die Konvertierung zwischen drei Adresstypen zu erreichen:

//虚拟->物理
virt_to_phys()
//物理->虚拟
ioremap()

//虚拟->总线
virt_to_bus()
//总线->虚拟
bus_to_virt()

DMA-Adressmaske

DMA-Peripheriegeräte können möglicherweise nicht DMA-Vorgänge für alle Speicheradressen ausführen. In diesem Fall sollten DMA-Adressmasken verwendet werden

int dma_set_mask(struct device *dev,u64 mask);

Wenn beispielsweise ein DMA-Peripheriegerät nur auf 24-Bit-Adressen zugreifen kann, verwenden Sie

dma_set_mask(dev,0xffffff)Programmiervorgang

Das Folgende ist der Prozess der Verwendung des DMA-Speichers im Kernelprogramm:

Konsistenter DMA

Wenn Sie einen DMA-Puffer im Treiber verwenden, können Sie die vom Kernel bereitgestellte API verwenden, die bereits die Konsistenz berücksichtigt:

/**
 * request_dma - 申请DMA通道
 * On certain platforms, we have to allocate an interrupt as well...
 */
int request_dma(unsigned int chan, const char *device_id);


/**
 * dma_alloc_coherent - allocate consistent memory for DMA
 * @dev: valid struct device pointer, or NULL for ISA and EISA-like devices
 * @size: required memory size
 * @handle: bus-specific DMA address *
 * Allocate some memory for a device for performing DMA.  This function
 * allocates pages, and will return the CPU-viewed address, and sets @handle
 * to be the device-viewed address.
 */
void * dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag)

//申请PCI设备的DMA缓冲区
void *pci_alloc_consistent(struct pci_dev *hwdev, size_t size, dma_addr_t *dma_handle)


//释放DMA缓冲区
void dma_free_coherent(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t dma_handle )

//释放PCI设备的DMA缓冲区
void pci_free_consistent()

/**
 * free_dma - 释放DMA通道
 * On certain platforms, we have to free interrupt as well...
 */
void free_dma(unsigned int chan); 

DMA streamen

Wenn Sie zum Erstellen einer DMA-Anwendung den Anwendungsschichtpuffer anstelle des Puffers im Treiber verwenden, können Sie zum Anwenden nur Funktionen wie kmalloc verwenden. Außerdem müssen Sie das Problem lösen Problem der Cache-Konsistenz.

/**
 * request_dma - 申请DMA通道
 * On certain platforms, we have to allocate an interrupt as well...
 */
int request_dma(unsigned int chan, const char *device_id);

//映射流式DMA
dma_addr_t dma_map_single(struct device *dev,void *buf, size_t size, enum dma_datadirection direction);

//驱动获得DMA拥有权，通常驱动不该这么做
void dma_sync_single_for_cpu(struct device *dev,dma_addr_t dma_handle_t bus_addr,size_t size, enum dma_data_direction direction);

//将DMA拥有权还给设备
void dma_sync_single_for_device(struct device *dev,dma_addr_t dma_handle_t bus_addr,size_t size, enum dma_data_direction direction);

//去映射流式DMA
dma_addr_t dma_unmap_single(struct device *dev,void *buf, size_t size, enum dma_datadirection direction);

/**
 * free_dma - 释放DMA通道
 * On certain platforms, we have to free interrupt as well...
 */
void free_dma(unsigned int chan); 

Kurz gesagt, die DMA-Programmierung ist ein integraler Bestandteil des Linux-Treiberschreibprozesses. Es kann eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung erreichen und die Systemleistung und Reaktionsgeschwindigkeit verbessern. Ich hoffe, dieser Artikel kann den Lesern helfen, die Linux-Treibertechnologie besser zu verstehen (3) _Die Implementierungsprinzipien und verwandten Technologien der DMA-Programmierung.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonAusführliche Diskussion der Linux-Treibertechnologie (3) _Die Implementierungsprinzipien und verwandten Technologien der DMA-Programmierung. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!