Linux DMA meory 及一致性简述.pdf

Linux DMA (直接存储器访问) 是一种在计算机硬件中传输数据的技术，允许设备直接与内存交互，而无需CPU参与，从而提高系统性能。在Linux操作系统中，DMA涉及到内存管理的一个重要方面，特别是在嵌入式系统和服务器环境中，如MIPS和ARM架构。以下是关于Linux DMA内存及一致性的详细说明： 1. **DMA内存分类** - **一致性内存(Consistent/coherent)**：这类内存由硬件自动处理一致性问题，确保在DMA操作后，CPU和设备看到的数据状态是一致的，不需要额外的缓存同步操作。一致性内存可以是缓存的（cached）或非缓存的（uncached），具体取决于硬件实现。 - **非一致性内存(non-consistent/no-coherent)**：这类内存需要驱动程序显式地执行flush和invalidate操作，以保证CPU和设备之间内存数据的一致性。 2. **DMA操作函数** - **dma_alloc_coherent**：用于分配一致性内存，通常用于小块内存，例如描述符。 - **dma_pool_create**：创建一个一致性内存池，便于高效管理和分配小块内存。 - **dma_sync_single_for_device** 和 **dma_sync_single_for_cpu**：这两个函数用于同步内存数据，前者通常用于在设备访问内存后同步到CPU，后者则相反。在MIPS上，它们可能分别执行flush和不做flush操作。 - **dma_map_single**：映射并flush一段内存，返回物理地址，常用于分配缓冲区时获取物理地址。 3. **DMA的层次结构** - **DMA_API** 和 **PCI_API**：两者都是Linux DMA接口的一部分，前者直接分配内存，后者通过PCI总线接口分配内存。在MIPS和ARM平台上，PCI_API最终会调用DMA_API的实现。 - `<linux/dma-mapping.h>`：包含公共API，根据配置包含体系相关的`<asm/dma-mapping.h>`。 - `<asm/dma-mapping.h>`：体系相关的实现，例如在MIPS中是`arch/mips/include/asm/dma-mapping.h`，在ARM中是`arch/arm/include/asm/dma-mapping.h`。 - `dma_map_ops`：函数指针，指向特定体系的DMA映射实现。 - `<asm/pci.h>`：包含PCI相关的定义，对于MIPS和ARM，分别对应各自的`arch/mips/include/asm/pci.h`和`arch/arm/include/asm/pci.h`。 4. **DMA的实现** - **MIPS**：在`arch/mips/mm/dma-default.c`中实现具体的DMA映射功能。 - **ARM**：在`arch/arm/mm/dma-mapping.c`中实现具体的DMA映射功能。 5. **DMA一致性的重要性** - 由于CPU和设备可能独立访问内存，一致性是保证数据正确性的关键。不正确的同步可能导致数据丢失、错误或系统崩溃。 - 一致性内存的管理需要谨慎，因为它们可能会带来额外的性能开销，尤其是在无缓存模式下。 总结来说，Linux中的DMA内存管理涉及多个层面，包括内存类型的选择、内存分配、同步操作以及体系结构特定的实现。理解和正确使用这些机制对于编写高性能的设备驱动程序至关重要。在开发涉及DMA的Linux驱动时，了解这些基本概念和API是非常重要的。