Perbincangan mendalam tentang teknologi pemacu Linux (3) _Prinsip pelaksanaan dan teknologi berkaitan pengaturcaraan DMA

Dalam proses menulis pemacu Linux, pengaturcaraan DMA ialah teknologi yang sangat penting. Ia boleh mencapai penghantaran data berkelajuan tinggi dan meningkatkan prestasi sistem dan kelajuan tindak balas. Dalam artikel ini, kami akan meneroka dengan mendalam prinsip pelaksanaan dan teknologi berkaitan teknologi pemacu Linux (3) _DMA pengaturcaraan.

DMA, Akses Memori Langsung, ialah teknologi yang membolehkan peranti untuk mengakses data memori secara langsung tanpa penglibatan CPU Apabila peranti membaca dan menulis memori, DMAC memberitahu CPU melalui interupsi Teknologi ini kebanyakannya digunakan untuk Jumlah data dan kelajuan penghantaran data mempunyai keperluan yang sangat tinggi untuk kawalan persisian, seperti peranti paparan, dsb.

Konsistensi DMA dan Cache

Kami tahu bahawa untuk meningkatkan kecekapan pengendalian sistem, CPU moden menggunakan struktur cache berbilang peringkat, yang termasuk penggunaan teknologi Cache berbilang peringkat untuk cache data dalam memori untuk mengurangkan masalah perbezaan kelajuan CPU dan memori. Di bawah premis ini, adalah jelas bahawa jika data dalam memori DMA telah dicache oleh Cache, dan persisian mengubah suai data, ini akan menyebabkan ketidakpadanan antara data Cache dan data memori, iaitu, konsistensi antara DMA dan isu Seksual Cache . Untuk menyelesaikan masalah ini, cara paling mudah ialah melumpuhkan fungsi Cache memori DMA Jelas sekali, ini akan membawa kepada penurunan prestasi

Alamat maya VS alamat fizikal VS alamat bas

Dalam komputer dengan MMU, apa yang CPU lihat ialah

alamat maya, yang ditukar menjadi alamat fizikal selepas dihantar ke MMU Alamat maya kemudiannya ditukar menjadi alamat bas melalui alamat yang sepadan litar, iaitu alamat yang dilihat oleh persisian . Oleh itu, alamat yang dilihat oleh peranti DMA sebenarnya adalah alamat bas. Kernel Linux menyediakan API yang sepadan untuk mencapai penukaran antara tiga jenis alamat:

//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()

Topeng alamat DMA

Periferi DMA mungkin tidak dapat melakukan operasi DMA pada semua alamat memori Dalam kes ini, topeng alamat DMA harus digunakan

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

Sebagai contoh, jika peranti DMA hanya boleh mengakses alamat 24-bit, gunakan

dma_set_mask(dev,0xffffff)

Proses pengaturcaraan

Berikut ialah proses penggunaan memori DMA dalam program kernel:

DMA yang konsisten

Jika anda menggunakan penimbal DMA dalam pemacu, anda boleh menggunakan API yang disediakan oleh kernel yang sudah mengambil kira konsistensi:

/**
 * 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); 

Menstrim DMA

Jika anda menggunakan penimbal lapisan aplikasi untuk mencipta aplikasi DMA dan bukannya penimbal dalam pemacu, anda hanya boleh menggunakan fungsi seperti kmalloc untuk memohon, maka anda perlu menggunakan penimbal DMA penstriman Selain itu, anda juga mesti menyelesaikannya masalah konsistensi Cache.

/**
 * 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); 

Ringkasnya, pengaturcaraan DMA ialah bahagian penting dalam proses penulisan pemacu Linux. Ia boleh mencapai penghantaran data berkelajuan tinggi dan meningkatkan prestasi sistem dan kelajuan tindak balas. Saya harap artikel ini dapat membantu pembaca lebih memahami teknologi pemacu Linux (3) _Prinsip pelaksanaan dan teknologi berkaitan pengaturcaraan DMA.

Atas ialah kandungan terperinci Perbincangan mendalam tentang teknologi pemacu Linux (3) _Prinsip pelaksanaan dan teknologi berkaitan pengaturcaraan DMA. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!