保留DDR内存作为外设访问

最近使用xilinx的zynq，需要完成FPGA和ARM的AXI协议通讯，通过增加linux内核启动参数mem=1008M保留了顶部的16M内存空间用来读写数据，FPGA以DMA方式来访问这个内存空间，接下来要完成的就是给这16M的内存空间编写platform_device的驱动程序。

现在讲期间碰到的问题总结一下：

1）DMA：

什么是DMA：就是没有CPU的情况下，由DMA控制器完成内存RAM和其他部分的数据交互，可以写RAM，也可以读RAM。具体方式就是设定DMAC的源地址和目标地址，以及DMA方式，然后写入传输的字节数就可以启动DMA数据传输了。CPU设置完后就不用管数据的传输了。

DMA牵涉到cache，因为CPU为了提高和RAM的交互性能，会把RAM中的部分数据放到cache，这样CPU从cache读要比从RAM读快多了，CPU会根据需要更新cache或则flush。

但是DMA方式因为没有CPU的参与，会导致cache中的新数据还没有flush到RAM，RAM中的旧数据就被读走了；或者RAM中的数据已经被DMAC更新了，但是CPU还是从cache读取了旧数据。因此，当使用DMA方式时，DMA读写RAM的同时要通知CPU，具体方式如下：

1.DMA把RAM数据拷贝出去之前，先把cache数据flush；

2.DMA把数据拷贝到RAM后，使无效RAM中的这段地址。

在linux中，操作RAM都是对内核虚拟地址而言。

可以参考http://blog.youkuaiyun.com/linweig/article/details/5327002以及http://www.linuxidc.com/Linux/2011-09/42076.htm

invalidate_dcache_range flush_dcache_range 在mm/cache.c文件下。

/***********下段的结论依赖于具体的硬件，可以参看*****************

*************ioremap和ioremap_nocache函数的实现是否一致***********

但是，DDR作为外设时不需要cache操作，因为DDR物理地址是通过ioremap到内核虚拟地址的，相当于读写外设的寄存器，即便FPGA以DMA方式读写DDR外设，但是ioremap后得到的地址指针也能够读取到正确的数据。

也就是说，ioremap后，对指针的操作直接影响DDR外设，不会经过cache。

***********************************************************************************/

2）read和write使用copy_to_user、copy_from_user还是ioread8、iowrite8

为什么会有ioread8、iowrite8等函数？

主要目的是防止编译器优化，导致读写指令重新排序。

在驱动里面，提供ioread8等函数的目的是不让直接使用ioremap返回的指针，因为对于外设寄存器ioremap得到的指针操作时，必须要避免由于CPU或编译器不恰当的优化而改变预期的I/O动作（引自LDD3）。

RAM的访问可以通过多个方法进行优化：高速缓存保存数值、重新排序读写指令。

而外设的驱动程序要确保不适用告诉缓存，访问寄存器时不发生读或写指令的重新排序。

显然，DDR外设不受读写指令重新排序的干扰，因为它并不是真正意义的硬件外设。

但是高速缓存呢？如何解决，ioremap是否自身已经把这个问题解决了呢？

查看<asm/io.h>发现：ioremap和ioremap_nocache的实现方式是一样的，也就是说，arm把所有的I/O内存都进行了非缓存处理，所以，对于所有的外设，包括DDR外设和其他真实的硬件外设，IO内存都不会经过cache优化。

3）是否使用mmap替代read和write，是否可以提高性能

      其实最后的解决方案就是使用了mmap，保留了部分RAM用作数据存储区。