rk356x 内存映射(iommu)

rk356x 内存映射(iommu)

本篇文章来详细、深入对 Rockchip RK3568 芯片中的 IOMMU 进行讲解。

1. 什么是 IOMMU？
   IOMMU 是 输入输出内存管理单元。你可以将它理解为连接在系统总线和内存之间的一座“智能桥梁”，专门用于管理设备对内存的访问。

类比 CPU 的 MMU：CPU 有一个 MMU，它将进程的虚拟地址转换为物理地址，实现了进程间的内存隔离和保护。IOMMU 为外部设备提供了类似的功能，它将设备的“虚拟地址”（通常称为 IOVA 或 DMA 地址）转换为物理地址

2. 为什么需要 IOMMU？
   在没有 IOMMU 的传统系统中，设备进行 DMA 操作时，需要直接使用物理地址。

• 安全隐患
  一个被恶意控制或存在 Bug 的设备可以通过 DMA 写入或读取系统任何物理内存，包括内核、其他应用程序的敏感数据，这被称为 DMA 攻击。
  IOMMU 可以限制某个设备只能访问预先分配给它的特定内存区域，就像防火墙一样，从而将设备“关在笼子里”。

• 内存碎片化问题
  设备 DMA 需要连续的物理内存缓冲区。在系统长时间运行后，要分配大块的连续物理内存会非常困难。
  IOMMU 可以将多个不连续的物理内存页，映射为一段连续的“设备虚拟地址”提供给设备。设备以为自己是在访问连续内存，而实际上 IOMMU 在背后完成了分散-聚集的操作。这大大减轻了驱动开发人员分配连续物理内存的压力。

• 简化驱动开发
  驱动程序可以使用任意的内存（如用 kmalloc、vmalloc 分配的）来进行 DMA，无需关心其物理地址是否连续。IOMMU 会处理好地址映射。

• 支持 32 位设备在 64 位系统上工作
  一个只支持 32 位地址的设备，在 64 位系统中无法直接访问高于 4GB 的物理内存。IOMMU 可以将高地址的物理内存映射到设备能寻址的 32 位地址范围内，从而突破此限制。

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提示:。

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前言

RK3568 IOMMU 的架构与特点
RK3568 的 IOMMU 实现遵循 ARM System MMU (SMMU) 架构，具体是 SMMUv2 的简化版本。它的设计不是一个大而统一的 IOMMU，而是多个分布式的、与特定 IP 核绑定的 IOMMU 单元。
接下来简单说明 IOMMU 主要组成部分。

1. 多个独立的 IOMMU 控制器：
   RK3568 为不同的主设备（如 GPU、VPU、VDPU 等）配备了独立的 IOMMU。每个 IOMMU 只服务于一个或一组特定的主设备。

常见的 RK3568 IOMMU 包括：

iommu 单元	描述
iommu@fe043e00	服务于 GPU (Mali-G52)
iommu@fe044000	服务于 VPU (视频处理器，如 H.264 编码器)
iommu@fe044800	服务于 VDPU (视频处理器，如 H.265/H.264 解码器)
iommu@fe046000	服务于 RGA (2D 图形加速器)
iommu@fe04a000