Linux cma预留内存使用与理解

tang_vincent

已于 2025-03-26 14:25:01 修改

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分类专栏：嵌入式文章标签： linux

于 2025-03-26 14:23:15 首次发布

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1 概述

本文主要介绍在Linux中如何预留出一块内存，以及预留内存的原理与使用方式，只停留在应用阶段，因为涉及Linux内存管理，没有深入Linux对预留管理的基础原理和源码，留待后续Linux内存管理章节分析。读者若只想了解如何在Linux下预留内存的应用，本文比较合适。

本文验证环境使用qemu模拟vpress平台做的，关于该环境的搭建，参考笔者之前写的文章：

使用qemu搭建armv7嵌入式开发环境_qemu armv7-优快云博客

2 Linux下的CMA

2.1 CMA

Linux内核的连续内存分配器 (CMA)，Contiguous Memory Allocator，是内存管理子系统中的一个模块，负责物理地址连续的内存分配。CMA的核心并不是设计精巧的算法来管理地址连续的内存块，实际上它的底层还是依赖内核伙伴系统这样的内存管理机制，或者说CMA是处于需要连续内存块的其他内核模块（例如DMA mapping framework）和内存管理模块之间的一个中间层模块。

CMA同时也用于解决大内存预留带来的内存碎片，同时支持在预留内存空闲时返回系统使用，充分利用内存空间。

2.2 预留内存的声明

预留内存可以指定常用的属性，常见有：

(1). reusable:表示当前的内存区域除了被dma使用之外，还可以被内存管理(buddy)子系统reuse。

(2). no-map:表示是否需要创建页表映射，对于通用的内存，必须要创建映射才可以使用，共享CMA是可以作为通用内存进行分配使用的，因此必须要创建页表映射。

(3). linux,cma-default：如果要cma区域为共享区域，需要配置上linux,cma-default属性。指定了 linux,cma-default 属性，内核在分配 cma 内存时会将这片内存当成默认的 cma 分配池使用，执行内存申请时如果没有指定对应的 cma 就使用默认 cma pool。

(4). alignment：对齐参数，保留内存的起始地址需要向该参数对齐

(5). alloc-ranges：指定可以用来申请动态保留内存的区间.

(6). shared-dma-pool（compatible="shared-dma-pool"）：

有的时候设备驱动程序需要采用DMA的方式使用预留的内存，对于这种场景，可以dts中的节点属性设置为shared-dma-pool，从而生成为特定设备驱动程序预留的DMA内存池。这样，设备驱动程序仅需要以常规方式使用DMA API。

2.3 内核配置

Linux要支持CMA内存，通过dma接口使用CMA内存池内存，需要打开以下配置：

CONFIG_DMA_CMA=y
CONFIG_CMA=y

也可大小相关调试开关

CONFIG_CMA_DEBUG=y
CONFIG_CMA_DEBUGFS=y

3 Linux下使用cma

本节主要介绍驱动如何使用Linux的cam来预留内存方法，分别有预留内存给专门的设备驱动、通过DMA的API来预留内存、使用CAM内存池预留内存。同时Linux也支持通过启动参数来预留内存。

3.1 预留内存给专门设备驱动

预留内存给设备驱动，不再将这些内存给系统使用时，需要在设备树申明no-map。如下设备树声明：

reserved-memory {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges;
    ...
        test_reserver_sh:test_reserver_sh_region@70000000 {
            compatible = "shared-dma-pool";
            reg = <0x70000000 0x6000000>;
            no-map;
        };
...
};
camsh_lab:camsh_lab {
        compatible = "test,cam_m_sh";
        memory-region = <&test_reserver_sh>;
        status = "okay";
  };

在代码中使用：

static struct cma_lab_ampdata cmash_lab_amp = {
    .name = "lab_of_cma_sh",
    .type = TEST_CMA_SHARED,
};

static const struct of_device_id memory_cam_lab_match[] = {
    {
        .compatible = "test,cam_m",
        .data = &cma_lab_amp,
    },
    {
        .compatible = "test,cam_m_sh",
        .data = &cmash_lab_amp,
    },
    {
        .compatible = "test,cam_m_pool",
        .data = &cmash_lab_pool,
    },
    {}
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, memory_cam_lab_match);

static int cma_lab_probe(struct platform_device *pdev)
{
    const struct cma_lab_ampdata *cma_match_data = NULL;
    struct device *dev = &pdev->dev;
    unsigned int dma_addr = 0;
    void *addr;
    struct device_node* dev_node;
    struct resource res;
    void* base;
    int ret = 0;
    dev_info(dev, "cma data probe hit\n");
    cma_match_data = of_device_get_match_data(&pdev->