Zynq Cache问题的解决方法

最新推荐文章于 2025-07-08 11:30:49 发布

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本文探讨了在PS-PL间DMA传输时出现的Cache一致性问题，并介绍了两种解决方案：禁用Cache及使用Cache Flush和Invalidate操作。提供了裸机及Linux环境下具体的编程实例。

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在进行PS-PL之间的DMA传输时，不可避免会遇到Cache问题。今天在这里讲一下Cache的解决方法。其中参考了forums.xilinx.com的处理方法。
首先解释为什么DMA会引入Cache问题（专业名称为Cache一致性问题）。
PS和PL都在独立运行，PS通过DDR控制器来对DDR存储器进行访问，为了加速，常常将一些数据缓存（Cache），而且不是针对一个数据缓存，而是针对一批（Xilinx称为一行，即Line，一行长度为32）。这样好处很明显，下一次访问速度会加快；但坏处也很明显，就是Cache里的数据如果发生了改变，不能迅速反映到DDR2实际数据中，反之亦然。因此，当PL通过DMA修改了DDR2数据时，CPU可能还不知道发生了些什么，拿到的数据仍然是Cache中的没有改过的数据。
在裸机开发时，规避Cache最简单的方法就是禁用Cache。
#include "xil_cache.h"
void Xil_DCacheDisable(void);
这样操作后，CPU将直接访问DDR内存，读写都是直接的。这样显然会降低CPU性能，但简化了数据传输操作，属于极端的方法。

另外一种操作要多加一道手续，在我的文章【参赛手记】详细介绍AXI-HP接口+DMA+GIC编程中，给出的例程里有Cache Flush和Cache Invalidate操作。从字面理解，Flush就是把Cache里的数据流放出去，清空Cache，也就是将Cache的内容推到DDR中去；而Cache Invalidate表示当场宣布Cache里的内容无效，需要从DDR中重新加载，即把数据从DDR中拉到Cache中来。
理解了这个原理，在编程的时候心里就非常有底气了！
#include "xil_cache.h"
//写点什么到发送缓冲区sendram
Xil_DCacheFlushRange((u32)sendram,sizeofbuffer);//将内容刷新至DDR
//启动发送DMA过程。。。。

//启动接收DMA过程。。。。。
Xil_DCacheInvalidateRange((u32)recvram,sizeofbuffer);//将DDR内容拉进Cache
//从recvram中读取数据吧！

好了，裸机工程下面开发是非常简单的，出错了也容易定位，调试起来方便。在Linux下开发时，由于编写的接口模块处于驱动层面，调试可能不如SDK中那么直观，只能关键部位打印printk，然后慢慢去寻找错误，定位比较麻烦。
在Linux下，Cache的Flush和Invalidate操作需要调用内核函数 dma_sync_single_for_device和 dma_sync_single_for_cpu。
这两个函数包含时可以这样：
#include
其代码可以在内核源码的/arch/arm/include/asm中看到。
同样，在驱动程序中，涉及到DMA操作时，也需要在DMA写之前先Flush，DMA读之后Invalidate操作。
其参数为：第一个参数是device结构体，第二个参数为DMA的实际地址，需要通过虚拟地址到实际地址的映射才能实现（这是Linux的本身特点），第三个参数为方向，可以选择DMA_TO_DEVICE或 DMA_FROM_DEVICE（需要包含头文件#include ）。
具体驱动代码如下：

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include //use this for dma_sync_single_for_cpu
#include //use this for DMA_FROM_DEVICE
#define DEVICE_NAME "AXI_DMA_DEV"
#define MAX_LEN 8
#define WITH_SG 0
#define AXI_DMA_BASE 0x40440000
#define MM2S_DMACR 0
#define MM2S_DMASR 1
#if WITH_SG
#define MM2S_CURDESC 2
#define MM2S_TAILDESC 4
#else
#define MM2S_SA 6
#define MM2S_LENGTH 10
#endif
#define S2MM_DMACR 12
#define S2MM_DMASR 13
#if WITH_SG
#define S2MM_CURDESC 14
#define S2MM_TAILDESC 16
#else
#define S2MM_DA 18
#define S2MM_LENGTH 22
#endif

static void __iomem* Regs;
int *sendbuffer;
int *recvbuffer;

static int axi_dma_open(struct inodeinode,struct filefilp)
{
return 0;
}
static int axi_dma_release(struct inodeinode,struct file filp)
{
return 0;
}
static int axi_dma_ioctl(struct filefilp,unsigned int reg_num,unsigned long arg)
{
if((reg_numMM2S_DMACR)||(reg_numMM2S_DMASR)||(reg_numMM2S_SA)||(reg_numMM2S_LENGTH)||(reg_numS2MM_DMACR)||(reg_numS2MM_DMASR)||(reg_numS2MM_DA)||(reg_numS2MM_LENGTH))
{
iowrite32(arg,Regs+reg_num4);
printk("axi_dma:Write data 0x%x to address 0x%x!\n",arg,Regs+reg_num*4);
}
else
{
printk("axi_dma:[ERROR] Wrong register number!\n");
return -EINVAL;
}
return 0;
}

static int axi_dma_read(struct file*filp,char *buffer,size_t length,loff_t * offset)
{
int bytes_read = 0;
int i = 0;
if(filp->f_flags&O_NONBLOCK)
{
return -EAGAIN;
}
if((length>0)&&(length