reserved-memory和memreserve 区别

本文详细对比了Devicetree中reserved-memory和memreserve两种内存预留方式的区别,包括它们在dtc编译过程中的处理差异,内核中的处理流程不同,以及对操作系统内存可用性的影响。reserved-memory支持更多配置选项,如CMA分配,而memreserve的内存则不可再被系统使用。

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转载自:  http://www.voidcn.com/article/p-qxdokkft-bqd.html

 

Devicetree 提供了两种方式预留内存: reserved-memory和memreserve

 

memreserve示例

/memreserve/ 0x40000000 0x01000000

 

 

reserved-memory示例

    reserved-memory {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges;

        ipu_cma@90000000 {
            compatible = "shared-dma-pool";
            reg = <0x90000000 0x4000000>;
            reusable;
            status = "okay";
        };

 

 

区别1:

二者在dtc编译时中处理的方法不同, reserved-memory做为device tree node解析到device-tree structure中; memreserve最终会加到dtb文件的memory reserve map,

见下图

 

区别2

二者在内核中的处理方式不同

1 memreserve处理流程

start_kernel                                                               - init/main.c

    ->setup_arch                                                        - arch/arm/kernel/setup.c

        ->arm_memblock_init                                      - arch/arm/kernel/setup.c

            ->arm_dt_memblock_reserve                    - arch/arm/kernel/devtree.c

arm_dt_memblock_reserve实现如下

 

    /* Reserve the dtb region */
    memblock_reserve(virt_to_phys(initial_boot_params),
             be32_to_cpu(initial_boot_params->totalsize));

    /*
     * Process the reserve map.  This will probably overlap the initrd
     * and dtb locations which are already reserved, but overlaping
     * doesn't hurt anything
     */
    reserve_map = ((void*)initial_boot_params) +
            be32_to_cpu(initial_boot_params->off_mem_rsvmap);
    while (1) {
        base = be64_to_cpup(reserve_map++);
        size = be64_to_cpup(reserve_map++);
        if (!size)
            break;
        memblock_reserve(base, size);
    }

 

initial_boot_params实际指向dtb文件在内存中的位置, 该地址还可以指向其他类型的启动参数

initial_boot_params头中的off_mem_rsvmap指向一系列的reserve memory(地址, 尺寸)空间, 对于dtb来说, 就是memory reserve map.

2 reserved-memory处理流程

 

start_kernel                                                                  - init/main.c

    ->setup_arch                                                           - arch/arm/kernel/setup.c

        ->arm_memblock_init                                          - arch/arm/kernel/setup.c

            ->early_init_fdt_scan_reserved_mem           - arch/arm/mm/init.c

                ->__fdt_scan_reserved_mem,                   - drivers/of/fdt.c

                    ->__reserved_mem_reserve_reg          - drivers/of/fdt.c

                        ->early_init_dt_reserve_memory_arch     - drivers/of/fdt.c

                            ->memblock_remove                              - mm/memblock.c

                            ->memblock_reserve                              - mm/memblock.c

            ->fdt_init_reserved_mem

reserved-memory有一些可选参数, 比如no-map, 如果使用了no-map, 那么这段区域执行memblock_remove, 反之执行memblock_reserve.

在调用完memblock_reserve后,还会执行fdt_init_reserved_mem

 

void __init fdt_init_reserved_mem(void)
{
         ...
        if (rmem->size == 0)
            err = __reserved_mem_alloc_size(node, rmem->name,
                         &rmem->base, &rmem->size);
        if (err == 0)
            __reserved_mem_init_node(rmem);
        ...
}

 

 

/** 
 * res_mem_init_node() - call region specific reserved memory init code
 */ 
static int __init __reserved_mem_init_node(struct reserved_mem *rmem)
{
    ...
    
    for (i = __reservedmem_of_table; i < &__rmem_of_table_sentinel; i++) {
        reservedmem_of_init_fn initfn = i->data;
        const char *compat = i->compatible;

        if (!of_flat_dt_is_compatible(rmem->fdt_node, compat))
            continue;
        if (initfn(rmem) == 0) {
            pr_info("Reserved memory: initialized node %s, compatible id %s\n",
                rmem->name, compat);
            return 0;
        }
    }
    return -ENOENT;
}

 

如果reserved-memory下节点的compatible=<shared-dma-pool>, 则这块内存会被用来进行Contiguous Memory Allocator for dma

 

initfn对应drivers/base/dma-contiguous.c下的rmem_cma_setup以及drivers/base/dma-coherent.c中的rmem_dma_setup, 由于二者的compatible相同,所以前者优先.

rmem_cma_setup会对这块内存做初始化,  把这块区域加到cma_areas[cma_area_count]中

 

cma_areas保存着所有的CMA区域, 稍后core_init_reserved_areas会对这个数组进行处理

 

static int __init cma_init_reserved_areas(void)
{
    int i;

    for (i = 0; i < cma_area_count; i++) {
        int ret = cma_activate_area(&cma_areas[i]);
        if (ret)
            return ret;
    }

    return 0;
}
core_initcall(cma_init_reserved_areas);

 

cma_activate_area把该cma area中的所有pages都改为MIGRATE_CMA, 并加到MIGRATE_CMA的free_list上.

 

区别3

由于二者的处理流程不同, 导致memreserve分配的内存, 无法再被操作系统使用; 而reserved-memory内存有可能进入系统CMA, 是否做为CMA, 依赖以下几个条件:

1. compatible  为shared-dma-pool;

(注: 也可如下新加一个cma,专门给vpp用) 

[dma-contiguous.c]    +RESERVEDMEM_OF_DECLARE(cma1, "vpp-cma", rmem_cma_setup);

+        ion_for_vpp: ion {
+            compatible = "vpp-cma";
+            //compatible = "shared-dma-pool";
+            reg = <0x1 0x80000000 0x0 0x40000000>; // 1G
+            reusable;
+        };


        heap_carveout@0 {
             compatible = "bitmain,cma_vpp";
-            memory-region = <&cma_reserved>;
+            memory-region = <&ion_for_vpp>;
         };

2. 没有定义no-map属性

3. 定义了resuable属性

<think>首先,用户的问题是关于"fdt reserved memory configuration in embedded systems",意思是嵌入式系统中的设备树保留内存配置。我需要基于系统级指令来构建我的回答。 系统级指令关键点: - 所有行内数学表达式用$...$格式。 - 独立公式用$$...$$$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。 - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题,尽量保证回答真实可靠。 用户引用了站内内容:引用[1]是关于内存卡错误的信息,但用户说这可能不是直接相关,而是指向设备树保留内存的意图。所以,我应该专注于设备树保留内存配置。 我的回答结构: 1. **介绍**:解释什么是设备树保留内存配置。 2. **逐步解释**:如何配置它,包括步骤或关键概念。 3. **代码示例**:如果需要,提供设备树源码示例。 4. **注意事项**:常见问题解决方案。 5. **相关问题**:生成相关问题。 确保使用中文。 生成相关问题:在回答末尾添加相关问题部分。 现在,内容大纲: - **什么是设备树(FDT)?**:设备树是一种数据结构,用于描述硬件配置,常用于嵌入式Linux系统。 - **保留内存(Reserved Memory)**:在设备树中,保留内存指定了某些内存区域不被操作系统使用,用于特定硬件或驱动。 - **配置方法**:在设备树源码(.dts文件)中定义保留内存节点。 - **示例**:提供一个简单的设备树片段。 - **常见问题**:如内存冲突或初始化错误。 参考用户提供的引用[^1],它提到内存错误,所以我应该关联到可能的问题。 最终回答格式: - 使用标题或分段。 - 在相关部分添加引用。 - 结尾有相关问题。 相关问题示例: 1. 如何调试设备树保留内存配置? 2. 保留内存有哪些应用场景? 3. 设备树编译加载过程是怎样的? 现在,构建回答。</think>### 设备树保留内存配置在嵌入式系统中的实现 在嵌入式系统开发中,设备树(Device Tree,简称 FDT)是一种关键的数据结构,用于描述硬件平台的配置信息,包括处理器、外设内存布局。保留内存(Reserved Memory)配置允许开发者指定某些内存区域不被操作系统(如 Linux 内核)自动管理,而是预留给特定硬件(如 DMA 控制器、GPU 或自定义 IP 核)使用,从而避免内存冲突或确保高性能访问[^1]。以下我将逐步解释其配置方法、关键步骤注意事项,帮助您实现可靠的嵌入式系统设计。 #### 1. **保留内存的基本概念** - **为什么需要保留内存?** 在嵌入式系统中,某些硬件模块(如视频编解码器或安全协处理器)需要固定的物理内存地址来存储数据或执行操作。如果不预先保留这些区域,操作系统可能将其分配给应用程序,导致硬件故障或系统崩溃。例如,引用中提到的内存错误(如 `EXT4-fs error`)可能与未正确配置保留内存相关,导致内核访问了保留区域[^1]。 - **数学表示**:内存地址范围通常用不等式描述,例如保留内存的起始地址 $a$ 结束地址 $b$ 需满足 $a < b$,且长度 $L = b - a$ 必须对齐到页大小(通常 $L \mod 4096 = 0$)。 #### 2. **配置保留内存的步骤** 在设备树源码(.dts 或 .dtsi 文件)中,通过添加 `reserved-memory` 节点来定义保留区域。以下是标准配置流程: **步骤 1: 定义保留内存节点** - 在设备树根节点下添加一个 `reserved-memory` 子节点,包含所有保留区域的子节点。 - 每个子节点使用 `reg` 属性指定内存地址大小,格式为 `<起始地址 长度>`。 - 示例代码(基于 Device Tree 语法): ```dts / { reserved-memory { #address-cells = <1>; #size-cells = <1>; ranges; // 示例 1: 保留 1MB 内存给自定义硬件(起始地址 0x80000000) custom_reserved: custom_region@80000000 { compatible = "custom-reserved-memory"; reg = <0x80000000 0x100000>; // 起始地址 0x80000000, 长度 1MB no-map; // 禁止内核映射该区域 }; // 示例 2: 保留 2MB 内存给 GPU(起始地址 0x90000000) gpu_reserved: gpu_region@90000000 { compatible = "shared-dma-pool"; reg = <0x90000000 0x200000>; // 起始地址 0x90000000, 长度 2MB reusable; // 允许驱动在需要时重用 }; }; }; ``` **步骤 2: 关联硬件驱动** - 在设备节点中引用保留内存区域,确保驱动能访问它。 - 示例:为自定义硬件添加节点: ```dts custom_device: custom@0 { compatible = "vendor,custom-device"; memory-region = <&custom_reserved>; // 引用保留内存节点 status = "okay"; }; ``` **步骤 3: 编译加载设备树** - 使用 Device Tree Compiler(DTC)将 .dts 文件编译为 .dtb 二进制文件。 ```bash dtc -I dts -O dtb -o output.dtb input.dts ``` - 在启动时,通过引导加载程序(如 U-Boot)加载 .dtb 文件到内存。内核启动时会解析保留内存,并跳过这些区域。 #### 3. **常见问题与解决方案** - **内存冲突错误**:如果保留区域与内核内存重叠,可能导致类似引用中的错误(如 `EXT4-fs error`)。解决方法:使用 `memreserve` 命令在设备树中显式保留区域,或通过 `dmesg` 检查内核日志中的地址冲突[^1]。 - **性能优化**:保留内存的大小应基于硬件需求计算。例如,DMA 缓冲区大小 $S$ 可通过公式 $S = \frac{\text{数据率} \times \text{时间}}{\text{页大小}}$ 估算,确保 $S$ 对齐到页边界。 - **调试技巧**: - 使用 `cat /proc/iomem` 查看内核内存映射,验证保留区域是否生效。 - 在设备树中添加 `status = "disabled"` 临时禁用节点,隔离问题。 #### 4. **注意事项** - **安全性**:在安全敏感系统中,保留内存可用于隔离可信执行环境(TEE),但需配置 `no-map` 属性防止内核访问。 - **兼容性**:不同内核版本对设备树支持不同,建议参考官方文档(如 Linux 内核的 `Documentation/devicetree/bindings/reserved-memory/reserved-memory.txt`)。 - 引用中提到的内存卡错误(`mmcblk0p2`)可能由硬件故障或配置错误引起,如果涉及保留内存,需检查设备树是否与 SD 卡控制器冲突[^1]。 通过以上步骤,您可以高效配置嵌入式系统中的保留内存,提升系统稳定性性能。如果您提供更多细节(如具体硬件平台),我可以进一步优化建议。
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