Linux DMA访问的一致性

DMA访问的一致性

　　DMA对内存是直接访问的，而CPU对内存的访问有时会通过cache。不管是CPU还是DMA访问内存，都需要确保cache的一致性。本文只分析从DMA的角度，对内存的访问如何确保cache的一致性。个人理解，通常为保证cache的一致性，在DMA访问内存前后，对cache要有下面必要的操作。

DMA读操作

　　DMA从外设读取数据到内存时，因读取完成后内存数据改变，因此需要在读取完成后invalidate cache。

DMA写操作

　　DMA将内存的数据写入外设时，在写之前，有可能cache中最新的数据并没有同步到内存，因此需要在写之前flush cache。

　　如果硬件上支持DMA访问的一致性（dma-coherent），软件就不需要上述的cache操作。设备寄存器上通常会有DMA SNOOP的选项，来设置CPU cache是否窥探DMA的传输。

Linux一致性DMA映射和流式DMA映射　　

　　Linux动态DMA映射一文，简单介绍了DMA映射的两种类型及相关API：一致性DMA映射和流式DMA映射。它们有什么区别呢？

　　使用一致性DMA映射，CPU和DMA看到的内存时一致的。通常在初始化阶段分配一致性buffer，默认分配的是uncached buffer，不使用cache就不存在一致性问题。如果SoC支持cache-coherent DMA，就可以分配cacheable buffer。

　　使用流式DMA映射，在dma map和unmap的时候会根据数据方向来对cache进行正确的处理。在unmap之前，CPU一般不能直接访问相应内存。这一点在Linux动态DMA映射一文中有介绍。当然如果SoC支持cache-coherent DMA，dma map和unmap的时候就不必有软件的cache处理了。

　　当CPU和DMA都需要频繁操作同一块内存的时候，使用一致性DMA映射比较合适。例如对基于描述符的DMA控制器（另一种DMA控制器是基于寄存器的），分配一致性buffer来存储描述符表，CPU可以对描述附表进行管理，DMA可以使用描述符表进行数据传输。（描述符表通常存储一些不连续的的内存区域的DMA总线地址及长度，这些地址和长度是通过散列表映射（dma_map_sg）得到的，详见Linux动态DMA映射一文。DMA拿到描述符表后，就可以一次访问最初散列表scatterlist描述的不连续的内存区了。）