PCIe Dma coherent

本文探讨PCIe DMA操作中的Cache一致性问题,包括一致性的重要性、解决方案如Coherent DMA buffers和流式DMA映射,以及内核中的DMA管理,如DMA ZONE、dma_alloc_coherent的使用和内存分配特性。

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目录

1.PCIe Dma coherent前言

2.DMA与Cache 的一致性

2.1一致性问题

2.2Coherent DMA buffers 一致性

2.3DMA Streaming Mapping 流式DMA映射

2.4dma_alloc_coherent的例外

2.5SMMU | IOMMU

3.Linux 内核中 DMA 及 Cache 分析

3.1arm

3.2DMA ZONE

3.3DMA ZONE 的内存只能做 DMA 吗?

3.4dma_mask 与 coherent_dma_mask 的定义

3.5dma_alloc_coherent 分配的内存一定在 DMA ZONE 内吗?

3.6dma_alloc_coherent() 申请的内存是非 cache 的吗?


1.PCIe Dma coherent前言

HOST主桥与主存存储器来同一级内部高速总线上,方便PCI设备通过HOST主桥访问主存储器,即进行DMA操作。

值得注意的是,PCI设备的DMA操作需要处理器系统的Cache进行一致性操作。当PCI设备通过HOST主桥访问主存储器时,Cache一致性模块将进行地址监听,并根据监听结果改变Cache状态。

Linux对cache一致性有两种管理方式:1. mem 硬件上uncache 2. 使用过程中,通过flush cache 保证data 一致性。

使用大块DMA一致性内存,此操作分配的内存大小有限制,如最小分配一个页:
dma_alloc_coherent dma_zalloc_coherent 分配dma使用的内存,并返回内存的物理地址及对应虚拟地址,与其他内存分配函数不同必须在中断使能的情况下使用
dma_free_coherent 释放dma_alloc_coherent分配的内存。

使用小块DMA一致性内存,先创建dma内存池,然后在内存池中分配小内存:
struct dma_pool* dma_pool_create(const char *name, struct device

<think>好的,我现在需要帮助用户解决关于PCIE DMA驱动开发的问题。首先,用户提到了几个引用资料,都是关于PCIE驱动开发的,包括存储设备和网络设备的驱动实例,以及开发流程的概述。这些资料可能提供了开发PCIE驱动程序的基本框架,但用户具体需要的是DMA相关的部分,所以我得重点看看这些引用中有没有涉及到DMA的内容。 根据引用[1]中的内容,驱动开发的基本流程包括定义pci_driver结构体、注册驱动、实现probe和remove函数。而DMA驱动开发可能需要在probe函数中初始化DMA相关的结构,比如分配DMA缓冲区,设置DMA描述符等。引用[2]和[3]提到了存储设备和网络设备的驱动实例,虽然具体代码没有展示,但可能涉及到了数据传输部分,这可能包括DMA操作。引用[4]提到开发流程需要测试和优化,这对于DMA驱动的稳定性也很重要。 接下来,用户需要具体的教程和示例代码。由于提供的引用中没有直接给出DMA的代码示例,我需要根据常见的PCIE DMA开发流程来构建步骤。通常,DMA驱动开发需要以下几个关键步骤: 1. **驱动程序初始化**:在probe函数中,除了使能设备、获取资源外,还需要初始化DMA。这包括使用dma_set_mask_and_coherent设置DMA掩码,确保设备和主机支持相同的地址空间。 2. **分配DMA缓冲区**:使用dma_alloc_coherent来分配一致性的内存区域,这样CPU和设备都可以访问,无需手动同步。此外,流式DMA映射可能需要使用dma_map_single等函数。 3. **配置DMA描述符**:DMA通常需要描述符来指示数据传输的源地址、目标地址和长度。这些描述符需要被设备识别,所以它们的物理地址需要写入设备的寄存器中。 4. **启动DMA传输**:通过写入设备寄存器来触发DMA传输,可能需要在中断处理函数中检查传输状态,处理完成或错误情况。 在编写示例代码时,需要包含这些关键部分。例如,在probe函数中初始化DMA,分配缓冲区,然后在适当的地方(如ioctl或write函数)启动传输。中断处理函数负责处理传输完成后的操作,比如唤醒等待队列或通知用户空间。 用户可能遇到的问题包括DMA地址的设置不正确、缓冲区对齐问题、中断处理未正确注册等。需要提醒用户在开发过程中注意这些点,并通过调试工具如dmesg、lspci等来排查问题。 最后,根据用户的需求生成相关问题,比如性能优化、错误处理、用户空间交互等,这些都是在实际开发中常见的问题,可以帮助用户进一步深入学习和解决问题。</think>### PCIe DMA驱动开发实现步骤 #### 一、驱动框架搭建 1. **定义pci_driver结构体** 使用`module_pci_driver()`宏注册驱动,实现`probe()`和`remove()`回调函数: ```c static struct pci_driver my_pcie_driver = { .name = "pcie_dma_drv", .id_table = dma_dev_ids, // PCI设备ID表 .probe = my_probe, .remove = my_remove }; ``` 2. **DMA初始化(关键步骤)** 在`probe()`函数中初始化DMA能力: ```c // 设置DMA寻址能力(示例为64位) if (dma_set_mask_and_coherent(&pdev->dev, DMA_BIT_MASK(64))) { dev_err(&pdev->dev, "无法设置DMA掩码"); return -ENODEV; } ``` #### 二、DMA缓冲区管理 1. **一致性内存分配** 使用`dma_alloc_coherent()`申请设备可访问的内存: ```c void *dma_buf; dma_addr_t dma_handle; dma_buf = dma_alloc_coherent(&pdev->dev, BUF_SIZE, &dma_handle, GFP_KERNEL); ``` 2. **流式DMA映射** 针对普通内存的临时映射: ```c dma_addr_t map_handle; map_handle = dma_map_single(&pdev->dev, user_buf, size, DMA_TO_DEVICE); ``` #### 三、DMA传输控制 1. **描述符配置(以环形队列为例)** ```c struct dma_descriptor { dma_addr_t src_addr; dma_addr_t dst_addr; u32 length; u32 control; }; // 写入设备寄存器 iowrite32(descr_phys_addr, pcie_bar + DESCR_TABLE_REG); ``` 2. **启动DMA传输** 通过MMIO触发设备: ```c iowrite32(DMA_START_BIT | TRANSFER_LEN, pcie_bar + CONTROL_REG); ``` #### 四、中断处理 ```c // 注册中断处理函数 request_irq(pdev->irq, dma_irq_handler, IRQF_SHARED, "pcie_dma", dev); // 中断处理示例 static irqreturn_t dma_irq_handler(int irq, void *dev_id) { u32 status = ioread32(reg_base + STATUS_REG); if (status & DMA_COMPLETE) { wake_up(&dma_waitq); // 唤醒等待队列 return IRQ_HANDLED; } return IRQ_NONE; } ``` #### 五、用户空间交互 通过ioctl接口控制DMA: ```c long my_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg) { switch (cmd) { case START_DMA_XFER: // 触发DMA传输 iowrite32(CTRL_REG_DMA_START, reg_base + CONTROL_REG); break; case GET_DMA_STATUS: // 返回状态信息 copy_to_user((void __user *)arg, &dma_status, sizeof(dma_status)); break; } return 0; } ``` ### 关键调试技巧 1. 使用`dmesg`查看内核日志 2. 通过`lspci -vvv`验证BAR空间分配 3. 使用`devmem2`工具直接读写PCI配置空间 4. 检查`/proc/interrupts`确认中断触发状态 ### 示例代码片段 ```c // DMA描述符初始化 void setup_descriptors(struct pci_dev *pdev) { struct dma_descriptor *descr; dma_addr_t descr_phys; // 分配DMA描述符内存 descr = dma_alloc_coherent(&pdev->dev, NUM_DESCR * sizeof(struct dma_descriptor), &descr_phys, GFP_KERNEL); // 填充描述符内容 for (int i = 0; i < NUM_DESCR; i++) { descr[i].src_addr = src_dma_addr + i * BLOCK_SIZE; descr[i].dst_addr = dst_dma_addr + i * BLOCK_SIZE; descr[i].length = BLOCK_SIZE; descr[i].control = DESC_CTRL_VALID | DESC_CTRL_IRQ; } // 将描述符表地址写入设备 iowrite32(descr_phys, pcie_bar + DESCR_TABLE_REG); } ``` ### 典型问题排查清单 1. DMA传输未启动:检查控制寄存器写入值是否正确 2. 数据校验错误:验证DMA缓冲区物理地址对齐(通常需要4KB对齐) 3. 中断未触发:确认MSI/MSI-X配置是否成功 4. 传输超时:检查DMA引擎状态寄存器是否显示错误标志 ### 性能优化建议 1. 使用多描述符环形队列实现流水线操作 2. 采用分散/聚集(Scatter-Gather)DMA减少拷贝次数 3. 实现双缓冲机制提升吞吐量 4. 使用DMA映射缓存(dma_pool)提升小数据传输效率
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