mmap底层驱动实现方法总结

最新推荐文章于 2025-05-04 16:35:20 发布
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分类专栏： driver debug summary
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/skyflying2012/article/details/8886216
本文总结了通过mmap实现视频卡DMA缓冲区与Framebuffer直接映射的技术，以减少CPU数据搬运，提高视频流畅度。通过两种方法实现映射：1) 使用remap_pfn_range一次性映射，但在某些情况下可能导致错误；2) 利用缺页异常调用fault函数进行单页映射，实现流畅播放D1格式视频。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

  最近在调试视频卡，虽然通了，但是公司CPU主频在300MHZ，对于采集D1格式图像显示到fb中并不是很流畅，分析原因，视频采集卡是PCI插槽，PCI的带宽没有问题，有一个想法，视频卡做DMA将采集到的图像放到内存中，CPU将图像再搬运到framebuffer中，这是视频采集的大体流程，在这个过程中最费CPU的是数据的搬运，在我自己写的小测试程序中就是循环的拷贝从videobuf到framebuffer。如果能将视频卡的DMA缓冲区直接映射到framebuffer中，就直接省掉了数据搬运的过程，视频卡采集数据和fb读取数据都是DMA操作，CPU不需要参与，这样视频的流畅度肯定能大幅度的提高，而且CPU占用率会很低。

  实现这个想法需要做的工作是能实现视频卡DMA缓冲区和fb缓冲区的映射。说白了就是将做fb缓冲区的那段内存和视频卡DMA缓冲区的虚拟地址之间建立页表，这需要修改视频卡的mmap驱动实现，正好之前调视频卡DMA学习了LDD15章内存映射和DMA的后半部DMA，现在结合这个问题学习一下前半部内存映射。最终这个想法也实现了，这里记录一下，以备以后查看。

  之前在刚学习PCI总线的时候，对于PCI设备的I／O内存的访问，内核采用的ioremap的方式，这也是将设备内存映射到内核虚拟地址，前面我也写过一篇总结ioremap的文章，这里主要介绍mmap的实现。

  在现代unix系统中最吸引人的地方就是内存映射，对于驱动程序，内存映射提供了用户程序直接访问设备内存的能力，映射一个设备也就意味着将用户空间的一段内存与设备内存关联起来，无论何时访问这段地址范围实际是直接对设备的访问，这是LDD3上的一句话，这的确很令人心动！

  在驱动程序中，最终传给底层mmap实现函数的参数是struct file和struct vm_area_struct，从系统调用mmap经过内核的处理，vm_area_struct代表着需要做映射的一段用户空间虚拟地址，驱动程序需要做的是为vma重新建立页表，以及填充vma->vm_ops操作。

  mmap驱动实现中重新建立页表有2种方式，第一种方式调用remap_pfn_ra

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从零开始之驱动发开、linux驱动（二十九、mmap原理）
To_run_away的博客
10-29 1018
一、概念 mmap是一种内存映射文件的方法，即将一个文件或者其它对象映射到进程的地址空间，实现文件磁盘地址和进程虚拟地址空间中一段虚拟地址的一一对映关系。实现这样的映射关系后，进程就可以采用指针的方式读写操作这一段内存，而系统会自动回写脏页面到对应的文件磁盘上，即完成了对文件的操作而不必再调用read,write等系统调用函数。相反，内核空间对这段区域的修改也直接反映用户空间，从而可以实现不同进...
Linux 内核之 mmap 内存映射的原理及源码解析
neuHenry
05-22 3505
mmap 的全称是 memory map，中文意思是内存映射或地址映射，是 Linux 操作系统中的一种系统调用，其作用是将一个文件或者其它对象映射到进程的虚拟地址空间，实现磁盘地址和进程虚拟地址空间一段虚拟地址的一一对应关系。通过 mmap 系统调用我们可以让进程之间通过映射到同一个普通文件实现共享内存，普通文件被映射到进程虚拟地址空间当中后，进程可以像访问普通内存一样对文件进行一系列操作，而不需要通过 I/O 系统调用来读取或写入。
malloc：我使用系统mmap实现的libc malloc，realloc和free函数； 尺寸分割和优化的空间使用
02-14
分配 我使用系统mmap实现的libc malloc，realloc和free函数 特征 大小分段：将请求分为SMALL，MEDIUM和LARGE，对SMALL和MEDIUM请求使用预分配的区域 释放碎片空间以优化重用 Hexdump分配的内存功能 实现的功能： malloc-分配“大小”字节的内存，并返回指向已分配内存的指针 realloc-尝试将“ ptr”指向的分配大小更改为“ size”，并返回“ ptr”。 如果没有足够的空间来扩大ptr指向的内存分配，则realloc（）创建一个新分配，复制“ ptr”指向的旧数据，使其与新分配的存储量一样多，释放旧分配，并返回指向已分配内存的指针。 free-释放“ ptr”指向的内存分配。 如果“ ptr”是NULL指针，则不执行任何操作 show_alloc_mem
mmap底层驱动实现（remap_pfn_range函数）
晨少的博客
10-07 1673
PS：注意到读写进程的pfn_start相同，这个值是映射的物理内存地址，vm->vm_pgoff 是偏移（单位页，一页=4K(4096)）在驱动代码中，打印出 buff 的地址，可以看到内核中（驱动代码中）申请的 buff 空间存在于进程虚拟地址空间中的内核空间部分。表示的是 vm->vm_flags，"rw"表示可读可写，"s"表示 share共享，"p"表示 private 私有。以上图中的写进程为例，画出进程虚拟地址空间中内存映射部分，和物理内存被映射的部分。当读和写的进程内存映射地址的。
驱动中的 mmap() 函数和 file_operations 中的 mmap() 原型的区别
最新发布
Jia ming 的日常学习笔记
05-04 522
驱动中的 mmap() 函数和 file_operations 中的 mmap() 原型的区别
linux mmap驱动实现
小咪渣的专栏
05-25 3163
在实现驱动程序的mmap函数时，要注意映射地址的转换问题，见代码。 定义一个设备结构体：struct leedriver{ struct cdev cdev; unsigned char mem[MEMSIZE];};这里面这个MEMSIZE，最小都要是4096，因为内存映射是以页为单位的。在实现simple_remap_mmap函数时，代码如下stat
驱动总结之mmap函数实现
pursue的专栏
11-21 3100
原文地址：驱动总结之mmap函数实现 作者：gongping11 mmap作为struct file_operations的重要一个元素，mmap主要是实现物理内存到虚拟内存的映射关系，这样可以实现直接访问虚拟内存，而不用使用设备相关的read、write操作，mmap的基本过程是将文件映射到虚拟内存中。在之前的一篇博客中谈到了mmap实现文件复制的操作。 关于li
mmap的内部实现原理
Mica_Dai的博客
02-23 897
阅读目录 mmap基础概念 mmap内存映射原理 mmap和常规文件操作的区别 mmap优点总结 mmap相关函数 mmap使用细节 回到顶部 mmap基础概念 mmap是一种内存映射文件的方法，即将一个文件或者其它对象映射到进程的地址空间，实现文件磁盘地址和进程虚拟地址空间中一段虚拟地址的一一对映关系。实现这样的映射关系后，进程就可以采用指针的方式读写操作这一段内存，而系统会自动...
面试题 | LINUX驱动、系统底层
I_feige的博客
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面试题 | `LINUX`驱动、系统底层
Android Binder实现浅析-Binder驱动
良秋的专栏
07-04 5391
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mmap方法 在驱动程序中的实现
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05-05 1178
http://www.lupaworld.com/bbs/thread-24699-1-1.htmlhttp://www.ajaxstu.com/Cbiancheng/111732.htmlhttp://www.minigui.org/cgi-bin/lb5000/topic.cgi?forum=28&topic=2020mmap 和 DMA
Mmap系列三： 驱动里mmap的实现
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04-16 1710
转载：驱动总结之mmap函数实现 设备驱动的mmap实现主要是将一个物理设备的可操作区域（设备空间）映射到一个进程的虚拟地址空间。这样就可以直接采用指针的方式像访问内存的方式访问设备。 在驱动中的mmap实现主要是完成一件事，就是实际物理设备的操作区域到进程虚拟空间地址的映射过程。同时也需要保证这段映射的虚拟存储器区域不会被进程当做一般的空间使用，因此需要添加一系列的保护方式。 具体的实现过...
Linux下mmap驱动实现​
个人学习记录
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mmap驱动实现以及应用测试程序
linux
08-23 689
程序的框架：内核虚拟内存内存 ----> 物理内存地址 ----> 应用层虚拟内存地址 参考网址：http://www.cnblogs.com/lknlfy/archive/2012/04/27/2473804.html  
MMAP接口实现原理
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mmap接口是很常用的用户态内存映射接口，大部分时候用于映射一个文件，也可以映射一块内存。
Linux 内存mmap()应用层和驱动层程序实现
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04-12 1982
用户空间和驱动程序的内存映射 基本过程     首先，驱动程序先分配好一段内存，接着用户进程通过库函数mmap()来告诉内核要将多大的内存映射到内核空间，内核经过一系列函数调用后调用对应的驱动程序的file_operation中指定的mmap函数，在该函数中调用remap_pfn_range()来建立映射关系。 映射的实现     首先在驱动程序分配一页大小的内存，然后用户进程通过mmap()将用户空间中大小也为一页的内存映射到内核空间这页内存上。映射完成后，驱动程序往这段内存写10个字节数据，用户进程将这
关于驱动开发中mmap函数的实现
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09-11 936
在编写设备驱动程序的时候，如果要想把设备内存映射到用户空间，那需要我们实现mmap，通过看ldd3上面的介绍，对实现mmap有了一点了解．  　　书上介绍主要是利用  intremap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long virt_addr,unsigned long pfn, unsigned long size, pgpr
linux驱动模块中实现mmap
我的博客
10-17 759
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C语言底层图形界面交换是怎么实现的
03-30
<think>好的，我现在需要回答用户关于C语言底层图形界面交换如何实现的问题。首先，我得确认用户的具体需求。他们可能想知道在C语言中，如何不依赖现成的库，直接与硬件交互来创建图形界面。或者，他们可能想了解即使使用库的情况下，底层是如何运作的。我需要先明确这个问题，但根据用户提到“底层”，可能更倾向于不依赖高级库的实现方式。 接下来，我需要回忆C语言在图形编程中的常见方法。C语言本身没有内置的图形库，所以通常需要调用操作系统提供的API，或者直接操作硬件。例如，在Windows下，可能会用GDI或DirectX；在Linux下，可能是X Window系统或者更底层的framebuffer。此外，嵌入式系统中可能直接操作显卡的寄存器或内存映射的显存。 然后，我需要分步骤解释这些方法。首先，直接操作显存可能是一个基础的方法，比如在DOS时代使用VGA模式13h，或者在现代系统中通过内存映射来写入像素数据。其次，调用系统API，比如Windows的GDI函数或Linux的framebuffer设备。再者，虽然OpenGL/Vulkan是更高级的API，但也可以视为底层的一种，因为它们更接近硬件，需要驱动程序的支持。 需要注意用户可能混淆了底层和高级库的区别，所以需要明确说明不同层次的实现方式。例如，直接操作硬件需要了解特定硬件规格，而使用系统API则是通过操作系统提供的接口，这样更通用但依然属于相对底层的操作。 另外，需要提到常见的库如SDL、OpenGL等的作用，但指出它们属于封装了底层操作的库，而真正的底层实现可能需要绕过这些库直接与硬件或系统交互。同时，可能涉及中断和硬件加速等内容，但需要保持简洁，不过于深入技术细节，以免让用户困惑。 还要考虑示例的正确性。比如，在Linux下使用framebuffer，需要打开/dev/fb0设备，然后通过mmap映射内存，之后直接写入像素数据。这部分代码示例可以帮助用户理解，但需要确保语法正确，并说明可能需要root权限或特定配置。 最后，总结各个方法的优缺点，比如直接操作显存效率高但不可移植，使用系统API较为通用但稍慢，使用硬件加速API则高效且现代但学习曲线陡峭。需要提醒用户根据需求选择合适的方法，并推荐学习相关库或系统文档。</think>C语言底层图形界面交换的实现涉及硬件操作、系统API调用和协议处理，主要分为以下层次逐步实现： 1. **硬件层交互** - 直接操作显存：在保护模式前（如DOS实模式），通过访问`0xA000`内存段写入像素数据 ```c unsigned char far *vram = (unsigned char far*)0xA0000000L; vram[y*320+x] = color; // VGA 320x200 256色模式 ``` - 现代系统通过帧缓冲设备（如Linux的/dev/fb0）： ```c int fd = open("/dev/fb0", O_RDWR); char *buffer = mmap(0, screen_size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); ``` 2. **系统API层** - Windows GDI基础绘图： ```c HDC hdc = GetDC(hWnd); SetPixel(hdc, x, y, RGB(255,0,0)); // 绘制红色像素 ReleaseDC(hWnd, hdc); ``` - Linux Xlib基础操作： ```c Display *dpy = XOpenDisplay(NULL); Window win = XCreateSimpleWindow(...); GC gc = XCreateGC(dpy, win, 0, NULL); XDrawPoint(dpy, win, gc, x, y); // 绘制点 ``` 3. **图形协议层** - 实现基本图形协议元素： ```c typedef struct { uint16_t x; uint16_t y; uint32_t color; } DRAW_CMD; void handle_draw_command(DRAW_CMD cmd) { framebuffer[cmd.y*width + cmd.x] = cmd.color; } ``` 4. **中断与加速（以VBE为例）** ```c union REGS regs; regs.x.ax = 0x4F02; // VBE模式设置 regs.x.bx = 0x4115; // 1024x768 24bpp模式 int386(0x10, &regs, &regs); ``` **关键实现步骤：** 1. 显示模式初始化（分辨率/色深设置） 2. 内存空间映射（获取显存访问权限） 3. 像素数据格式转换（RGB排列/字节对齐处理） 4. 双缓冲实现（通过前后缓存切换避免闪烁） 5. 硬件加速发现（通过PCI配置空间查询显卡能力） **现代优化技术：** - 使用DMA加速内存传输 - 利用SIMD指令优化像素处理 - 通过APIC处理垂直同步中断 - 着色器编程（通过SPIR-V等中间语言） **典型性能对比（1080p全屏刷新）：** | 方式 | 帧率(fps) | CPU占用 | |-----------------|----------|--------| | 纯软件绘制 | 15-30 | 90-100%| | 硬件加速BLIT | 60+ | 10-20% | | 着色器渲染 | 1000+ | <5% | 建议开发时优先考虑： 1. 使用SDL等跨平台库做抽象层 2. 对于性能敏感部分使用汇编优化 3. 结合OpenGL/Vulkan实现硬件加速 4. 采用零拷贝技术减少内存传输 实际开发需结合具体硬件文档（如Intel GPU手册、PCI规范等），并注意不同系统的权限管理和内存保护机制差异。
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