11

我正在 linux-2.6.26 上编写设备驱动程序。我想将一个 dma 缓冲区映射到用户空间，以便将数据从驱动程序发送到用户空间应用程序。请推荐一些关于它的好教程。

谢谢

4

5 回答 5

9

这是我用过的，简而言之......

get_user_pages固定用户页面并给你一个指针数组struct page *。

dma_map_page在每个struct page *上获取页面的 DMA 地址（又名“I/O 地址”）。这也会创建一个 IOMMU 映射（如果您的平台需要）。

现在告诉您的设备使用这些 DMA 地址对内存执行 DMA。显然它们可以是不连续的；内存只保证在页面大小的倍数中是连续的。

dma_sync_single_for_cpu做任何必要的缓存刷新或反弹缓冲区块或其他任何事情。这个调用保证了 CPU 可以实际看到 DMA 的结果，因为在许多系统上，修改 CPU 背后的物理 RAM 会导致缓存失效。

dma_unmap_page释放 IOMMU 映射（如果您的平台需要它）。

put_page取消固定用户页面。

请注意，您必须从头到尾检查错误，因为到处都是有限的资源。 get_user_pages对于彻底的错误 (-errno) 返回一个负数，但它可以返回一个正数来告诉您它实际管理了多少页（物理内存不是无限的）。如果这比您要求的要少，您仍然必须遍历它固定的所有页面才能调用put_page它们。（否则你会泄漏内核内存；非常糟糕。）

dma_map_page也可以返回错误 (-errno)，因为 IOMMU 映射是另一个有限资源。

dma_unmap_page和put_pagereturn void，像往常一样用于 Linux“释放”功能。（Linux 内核资源管理例程只返回错误，因为实际上出了问题，而不是因为你搞砸并传递了一个错误的指针或其他东西。基本假设是你永远不会搞砸，因为这是内核代码。虽然get_user_pages确实检查以确保用户地址的有效性，如果用户给你一个错误的指针，将返回一个错误。）

如果你想要一个友好的界面来分散/聚集，你也可以考虑使用 _sg 函数。然后你会调用dma_map_sg而不是dma_map_page，dma_sync_sg_for_cpu而不是dma_sync_single_for_cpu，等等。

另请注意，其中许多功能在您的平台上可能或多或少是无操作的，因此您通常可以摆脱马虎。（特别是 dma_sync_... 和 dma_unmap_... 在我的 x86_64 系统上什么都不做。）但是在那些平台上，调用本身被编译成空，所以没有理由草率。

于 2011-08-11T06:06:12.930 回答
8

好的，这就是我所做的。

免责声明：我是一个纯粹意义上的黑客，我的代码不是最漂亮的。

我阅读了 LDD3 和 infiniband 源代码以及其他前辈的东西，并决定get_user_pages将它们和所有其他冗长的东西固定在宿醉时太痛苦了，无法思考。此外，我正在与其他人一起通过 PCIe 总线工作，我还负责“设计”用户空间应用程序。

我编写了驱动程序，以便在加载时，它通过调用函数以最大大小预分配尽可能多的缓冲区，myAddr[i] = pci_alloc_consistent(blah,size,&pci_addr[i])直到它失败。（失败->我认为，我忘记了）myAddr[i]。NULL我能够在我只有 4GiB 内存的微薄机器中分配大约 2.5GB 的缓冲区，每个缓冲区大小为 4MiB。当然，缓冲区的总数取决于内核模块的加载时间。在引导时加载驱动程序并分配最多的缓冲区。在我的系统中，每个单独缓冲区的大小最大为 4MiB。不知道为什么。我cat要/proc/buddyinfo确保我没有做任何愚蠢的事情，这当然是我通常的开始模式。

然后驱动程序继续将数组pci_addr及其大小提供给 PCIe 设备。然后司机就坐在那里等待中断风暴开始。同时在用户空间中，应用程序打开驱动程序，查询分配的缓冲区数量（n）及其大小（使用ioctls 或reads 等），然后继续调用系统调用mmap()多次（n）次。当然mmap()必须在驱动程序和LDD3 422-423页中正确实现才得心应手。

用户空间现在有 n 个指向驱动程序内存的 n 个区域的指针。由于驱动程序被 PCIe 设备中断，它被告知哪些缓冲区“已满”或“可用”被吸干。反过来，应用程序正在等待read()或被ioctl()告知哪些缓冲区充满了有用的数据。

棘手的部分是管理用户空间到内核空间的同步，这样通过 PCIe 进入 DMA 的缓冲区也不会被用户空间修改，但这就是我们得到的报酬。我希望这是有道理的，我很高兴被告知我是个白痴，但请告诉我原因。

顺便说一下，我也推荐这本书： http: //www.amazon.com/Linux-Programming-Interface-System-Handbook/dp/1593272200。我希望七年前我写第一个 Linux 驱动程序时有这本书。

通过添加更多内存而不让内核使用它并mmap在用户空间/内核空间划分的两侧执行 ping 操作，可能还有另一种类型的诡计，但 PCI 设备还必须支持高于 32 位的 DMA 寻址。我没有尝试过，但如果我最终被迫这样做，我不会感到惊讶。

于 2011-08-11T05:16:07.930 回答
6

好吧，如果你有 LDD，你可以看看第 15 章，更准确地说是第 435 页，其中描述了直接 I/O 操作。

可以帮助您实现这一目标的内核调用是get_user_pages. 在您的情况下，由于您想将数据从内核发送到用户空间，您应该将写入标志设置为 1。

另请注意，异步 I/O 可能允许您获得相同的结果，但您的用户空间应用程序不必等待读取完成，这可能会更好。

于 2010-07-30T15:37:38.980 回答
4

好好看看 Infiniband 驱动程序。他们付出了很多努力来使用户空间的零拷贝 DMA 和 RDMA 工作。

我忘了在保存之前添加这个：

直接对用户空间内存映射进行 DMA 会带来很多问题，因此除非您有非常高的性能要求，例如 Infiniband 或 10 Gb 以太网，否则不要这样做。相反，将 DMA 数据复制到用户空间缓冲区。它会为你省去很多悲伤。

仅举一个例子，如果用户的程序在 DMA 完成之前退出怎么办？如果用户内存在退出后重新分配给另一个进程但硬件仍设置为 DMA 进入该页面怎么办？灾难！

于 2010-07-30T15:42:03.823 回答
2

remap_pfn_range 函数（用于驱动程序中的 mmap 调用）可用于将内核内存映射到用户空间。

一个真实的例子可以在 mem character driver drivers/char/mem.c中找到。

于 2014-01-07T13:10:41.710 回答