Discussion approfondie sur la technologie des pilotes Linux (3) _Les principes de mise en œuvre et les technologies associées de la programmation DMA

Dans le processus d'écriture des pilotes Linux, la programmation DMA est une technologie très importante. Il peut réaliser une transmission de données à grande vitesse et améliorer les performances du système et la vitesse de réponse. Dans cet article, nous explorerons en profondeur les principes de mise en œuvre et les technologies associées de la technologie de pilote Linux (3) Programmation _DMA.

DMA, Direct Memory Access, est une technologie qui permet aux périphériques d'accéder directement aux données de la mémoire sans l'intervention du processeur. Lorsque le périphérique lit et écrit la mémoire, DMAC informe le processeur via une interruption. Cette technologie est principalement utilisée pour la quantité de données et. La vitesse de transmission des données impose des exigences très élevées en matière de contrôle des périphériques, tels que les dispositifs d'affichage, etc.

Cohérence DMA et Cache

Nous savons que afin d'améliorer l'efficacité de fonctionnement du système, les processeurs modernes adoptent une structure de cache à plusieurs niveaux, qui inclut l'utilisation de la technologie de cache à plusieurs niveaux pour mettre en cache les données en mémoire afin d'atténuer le problème des différences de vitesse du processeur et de la mémoire. Dans ce principe, il est évident que si les données de la mémoire DMA ont été mises en cache par le cache et que le périphérique modifie les données, cela entraînera une inadéquation entre les données du cache et les données de la mémoire, c'est-à-dire la cohérence entre les données du cache. DMA et les enjeux du Cache Sexual . Afin de résoudre ce problème, le moyen le plus simple est de désactiver la fonction Cache de la mémoire DMA. Évidemment, cela entraînera une diminution des performances.

Adresse virtuelle VS adresse physique VS adresse de bus

Dans un ordinateur doté d'une MMU, ce que voit le CPU est une

adresse virtuelle, qui est convertie en une adresse physique après avoir été envoyée à la MMU. L'adresse virtuelle est ensuite convertie en adresse de bus via la correspondante. circuit, qui est l’adresse vue par le périphérique. Par conséquent, l’adresse vue par le périphérique DMA est en réalité l’adresse du bus. Le noyau Linux fournit les API correspondantes pour réaliser la conversion entre trois types d'adresses :

//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()

Masque d'adresse DMA

Les périphériques DMA peuvent ne pas être en mesure d'effectuer des opérations DMA sur toutes les adresses mémoire. Dans ce cas, des masques d'adresse DMA doivent être utilisés

.

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

Par exemple, si un périphérique DMA ne peut accéder qu'à une adresse 24 bits, utilisez

dma_set_mask(dev,0xffffff)

Processus de programmation

Voici le processus d'utilisation de la mémoire DMA dans le programme du noyau :

DMA cohérent

Si vous utilisez un buffer DMA dans le driver, vous pouvez utiliser l'API fournie par le noyau qui prend déjà en compte la cohérence :

/**
 * 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); 

Diffusion DMA

Si vous utilisez le tampon de la couche application pour créer une application DMA au lieu du tampon dans le pilote, vous ne pouvez utiliser que des fonctions telles que kmalloc pour appliquer, vous devez alors utiliser un tampon DMA de streaming. De plus, vous devez également résoudre le problème. problème de cohérence du 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); 

En bref, la programmation DMA fait partie intégrante du processus d'écriture du pilote Linux. Il peut réaliser une transmission de données à grande vitesse et améliorer les performances du système et la vitesse de réponse. J'espère que cet article pourra aider les lecteurs à mieux comprendre la technologie des pilotes Linux (3) _Les principes de mise en œuvre et les technologies associées de la programmation DMA.

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!