4. 流式映射（Streaming Mapping）原理：非一致性、需要显式Cache同步、适合短时传输

流式映射（Streaming DMA Mapping）是PCIe驱动中另一类核心的DMA映射机制。与一致性映射不同，流式映射不保证CPU与设备之间的Cache一致性，驱动必须显式地管理Cache同步操作。这种映射方式专为短时、频繁、非固定缓冲区的数据传输场景设计，在吞吐量和灵活性之间提供了更精细的控制。

4.1 流式映射与非一致性内存模型

流式映射的“非一致性”本质源于现代处理器架构中的Cache层次结构。当CPU通过Cache访问内存时，设备（如PCIe端点）通过DMA直接读写物理内存，两者看到的视图可能不同步。

4.2 显式Cache同步：dma_sync_* 系列API

流式映射要求驱动在关键时间点调用Cache同步函数，确保CPU与设备看到一致的数据视图。Linux内核提供了一组标准的API用于此目的：

4.3 流式映射的典型生命周期

一个完整的流式映射DMA传输遵循“映射→同步→启动DMA→等待完成→同步→解映射”的严格流程：

4.4 代码示例：流式映射的典型实现

以下代码展示了一个典型的网络驱动中流式映射的收发流程：

/* 发送路径：CPU写入数据 → 设备DMA读取 */
static int netdev_start_xmit(struct sk_buff *skb, struct net_device *ndev)
{
    struct my_priv *priv = netdev_priv(ndev);
    dma_addr_t dma_addr;

    /* 1. 映射SKB数据缓冲区到DMA地址 */
    dma_addr = dma_map_single(priv->dev, skb->data,
                              skb->len, DMA_TO_DEVICE);
    if (dma_mapping_error(priv->dev, dma_addr))
        goto err_dma_map;

    /* 2. 显式同步：将CPU Cache数据写回内存 */
    dma_sync_single_for_device(priv->dev, dma_addr,
                               skb->len, DMA_TO_DEVICE);

    /* 3. 将DMA地址写入设备描述符，触发DMA传输 */
    writel(dma_addr, priv->regs + TX_DESC_ADDR);
    writel(skb->len, priv->regs + TX_DESC_LEN);
    writel(1, priv->regs + TX_START);

    /* 4. 设备完成DMA后产生中断，在中断处理中解映射 */
    return NETDEV_TX_OK;

err_dma_map:
    dev_kfree_skb(skb);
    return NETDEV_TX_OK;
}

/* 接收路径：设备DMA写入 → CPU读取 */
static irqreturn_t netdev_rx_irq(int irq, void *data)
{
    struct my_priv *priv = data;
    struct sk_buff *skb;
    dma_addr_t dma_addr;
    u32 pkt_len;

    /* 从完成队列获取DMA地址和长度 */
    dma_addr = priv->rx_dma_addr;
    pkt_len = readl(priv->regs + RX_PKT_LEN);

    /* 5. 显式同步：使Cache失效，加载设备写入的数据 */
    dma_sync_single_for_cpu(priv->dev, dma_addr,
                            pkt_len, DMA_FROM_DEVICE);

    /* 6. CPU安全读取数据 */
    skb = build_skb(priv->rx_buf, pkt_len);
    netif_receive_skb(skb);

    /* 7. 解除映射 */
    dma_unmap_single(priv->dev, dma_addr,
                     priv->rx_buf_size, DMA_FROM_DEVICE);

    /* 8. 重新分配接收缓冲区并映射 */
    priv->rx_buf = kmalloc(priv->rx_buf_size, GFP_KERNEL);
    priv->rx_dma_addr = dma_map_single(priv->dev, priv->rx_buf,
                                        priv->rx_buf_size,
                                        DMA_FROM_DEVICE);

    return IRQ_HANDLED;
}

4.5 流式映射 vs 一致性映射：对比总结

4.6 流式映射的最佳实践

• 最小化同步范围：只同步实际传输的数据长度，而非整个缓冲区，减少Cache操作开销。
• 合并同步操作：如果多个小缓冲区连续传输，考虑合并为一次映射和同步。
• 使用SG列表：对于非连续物理内存，使用 dma_map_sg 和 dma_sync_sg_* 批量处理。
• 避免过度同步：在性能关键路径上，评估是否可以通过调整数据流减少同步次数。
• 检查架构差异：不同CPU架构（x86、ARM、RISC-V）的Cache同步开销差异很大，ARM架构通常比x86更昂贵。