Linux DMAEngine:设计与API详解
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更新于2024-08-05
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"Linux-DMAEngine - LINUX DMA ENGINE设计及API使用详解"
在Linux系统中,DMA(Direct Memory Access,直接内存访问)引擎是一个至关重要的组件,它允许硬件设备直接与系统内存交互,无需CPU介入,从而提高数据传输效率。本资源主要探讨了Linux DMA Engine的设计、软件框架和关键概念,包括地址类型、DMA类型以及API使用。
1. **DMAEngine设计**
DMAEngine是Linux内核中的一个子系统,负责管理和协调DMA操作。它包括以下组件:
- **硬件框架**:这涉及到实际的DMA控制器硬件,它们在不同的平台和设备上有所不同,如PCI设备、SoC(System on Chip)上的集成DMA控制器等。
- **软件框架**:DMAEngine提供了一个抽象层,将硬件细节隐藏起来,使驱动开发者可以使用统一的API。其中包括Virtual-DMA(vdma)模块,用于提供虚拟DMA通道支持,以及各种DMA驱动程序,它们是针对特定DMA控制器的硬件适配器。
2. **DMA地址**
- **虚拟地址**:这是内核代码通常使用的地址,通过kmalloc、vmalloc等函数分配。
- **物理地址**:指DRAM中的实际位置,直接对应于内存条上的位置。
- **总线地址**:设备看到的地址,可能经过IOMMU(Input/Output Memory Management Unit)映射。在某些系统中,总线地址与物理地址相同,但在有IOMMU的系统中,它们需要转换。
3. **IOMMU与DMA地址转换**
IOMMU用于在总线地址和物理地址之间建立映射,使得设备能够安全地访问内存,防止地址冲突。例如,`dma_map_single()` API可用于将虚拟地址映射到DMA地址,并在必要时通过IOMMU处理转换。
4. **DMA类型**
- **Coherent DMA**:保证设备和CPU可以并行访问数据,无需额外的同步步骤。这种类型的DMA避免了CPU缓存问题,因此适用于需要设备和CPU同步访问的数据。例如,初始化和释放映射通常通过`dma_map_single()`和`dma_unmap_single()`完成。
- **Streaming DMA**:通常用于连续数据流的传输,如音频或视频,优化了数据带宽,但可能不保证数据一致性。
5. **内存屏障与一致性**
在使用Coherent DMA时,为了确保设备正确看到配置,可能需要内存屏障(如`wmb()`)来阻止CPU指令重排序。在某些平台(如ARM A53),可能还需要额外的步骤来刷新CPU写缓冲区。
6. **API使用**
Linux DMA Engine提供了丰富的API供驱动程序使用,包括`dma_map_single()`、`dma_alloc_coherent()`、`dma_free_coherent()`、`dma_map_page()`等,用于内存映射和解映射,以及`dma_is_coherent()`检查是否需要一致性映射等功能。
总结来说,理解Linux DMA Engine的运作方式对于编写高效、可靠的设备驱动至关重要。正确使用DMA Engine的API和理解其背后的地址转换机制,能够确保系统性能的优化和数据传输的正确性。
2022-09-20 上传
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ZHIK
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