11、DMA操作说明
先理解cache的作用
CPU在访问内存时,首先判断所要访问的内容是否在Cache中,如果在,就称为“命中(hit)”,此时CPU直接从Cache中调用该内容;否则,就 称为“ 不命中”,CPU只好去内存中调用所需的子程序或指令了。CPU不但可以直接从Cache中读出内容,也可以直接往其中写入内容。由于Cache的存取速 率相当快,使得CPU的利用率大大提高,进而使整个系统的性能得以提升。
Cache的一致性就是直Cache中的数据,与对应的内存中的数据是一致的。
DMA是直接操作总线地址的,这里先当作物理地址来看待吧(系统总线地址和物理地址只是观察内存的角度不同)。如果cache缓存的内存区域不包括DMA分配到的区域,那么就没有一致性的问题。但是如果cache缓存包括了DMA目的地址的话,会出现什么什么问题呢?
问题出在,经过DMA操作,cache缓存对应的内存数据已经被修改了,而CPU本身不知道(DMA传输是不通过CPU的),它仍然认为cache中的数 据就是内存中的数据,以后访问Cache映射的内存时,它仍然使用旧的Cache数据。这样就发生Cache与内存的数据“不一致性”错误。
由上面可以看出,DMA如果使用cache,那么一定要考虑cache的一致性。解决DMA导致的一致性的方法最简单的就是禁止DMA目标地址范围内的cache功能。但是这样就会牺牲性能。
因此在DMA是否使用cache的问题上,可以根据DMA缓冲区期望保留的的时间长短来决策。DAM的映射就分为:一致性DMA映射和流式DMA映射。
一致性DMA映射申请的缓存区能够使用cache,并且保持cache一致性。一致性映射具有很长的生命周期,在这段时间内占用的映射寄存器,即使不使用也不会释放。生命周期为该驱动的生命周期
流式DMA映射实现比较复杂,因为没具体了解,就不说明了。只知道种方式的生命周期比较短,而且禁用cache。一些硬件对流式映射有优化。建立流式DMA映射,需要告诉内核数据的流动方向。对于流式DMA,DMA操作和CPU之间的主要隔阂就是cache,因为一般来说DMA只操作物理内存,不会动cache,但CPU却首先看到的是L1 L2cache,所以设备驱动就需要调用正确的DMA函数来操作cache。拿网卡收发包为例,假如CPU发包给网卡,那CPU填好skb的数据之后,得先把cache里有关这个skb数据的行给刷到物理内存,否则网卡从物理内存拿到的数据不是真正所要的数据。反之,CPU把skb数据装配好DMA rx descriptor的时候,得先invalid掉这个skb数据在cache里的行。这样DMA把收到的包填到物理内存后再中断告知CPU时,CPU就可以避免从cache拿到关于这个skb的老(脏)数据,而会从物理内存取包而重新建立数据cache。它会根据数据的方向来判断该是clean cache还是incalid cache
因为LCD随时都在使用,因此在Frame buffer驱动中,使用一致性DMA映射
上面的代码中用到 dma_alloc_writecombine函数,另外还有一个一致性DMA映射函数dma_alloc_coherent
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