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Linux驱动mmap与DMA共享传输开发

共计 30 章节

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mmap与DMA协同工作的背景 · 应用场景（高速数据采集 · 视频帧缓冲

课程导论mmap

Linux内存管理基础

虚拟地址空间 · 页表 · 物理内存与页框

Linux内存管理基础

mmap系统调用原理

mmap在内核中的入口函数 · 文件映射与匿名映射 · VMA（虚拟内存区域）结构体

mmap系统调用原理

驱动中实现mmap

file_operations中的m… · remap_pfn_range函数详… · 物理地址到用户空间的映射

DMA基础概念

DMA控制器工作原理 · DMA传输方向（内存到设备 · 设备到内存

DMA基础概念

dma_alloc_coherent · dma_map_single · dma_unmap_single

DMA缓冲区类型

一致性DMA缓冲区（coherent…

DMA缓冲区类型

mmap与DMA结合的需求分析

为什么需要将DMA缓冲区映射到用户空… · 降低延迟

设计思路一

使用dma_alloc_cohere… · 再通过remap_pfn_range…

设计思路一dma

设计思路二

使用dma_map_single映射… · 通过nopage或vm_fault机…

设计思路二dma

关键数据结构

struct dma_buf · struct sg_table · struct scatterlist…

关键数据结构struct

dma_buf框架简介

dma_buf的导出与导入 · fd与handle · 跨驱动共享DMA缓冲区

实现步骤一

驱动初始化时分配DMA缓冲区并获取物…

实现步骤一DMA

实现步骤二

实现mmap回调 · 调用remap_pfn_range将…

实现步骤二mmap

实现步骤三

用户态通过mmap获取虚拟地址 · 直接读写DMA缓冲区

实现步骤三mmap

实现步骤四

DMA传输完成后 · 通过ioctl或poll通知用户态数…

实现步骤四DMA

缓存一致性处理

DMA传输前后的cache刷新 · dma_sync_single_fo…

缓存一致性处理DMA

用户态与内核态同步机制

使用futex · epoll或简单的等待队列实现高效通…

用户态内核态同步机制

大页（HugeTLB）映射 · 多缓冲区乒乓操作（double bu… · 预取策略

性能优化HugeTLB

错误处理与边界情况

mmap大小对齐 · 页边界问题 · DMA传输未完成时用户访问的处理

错误处理边界情况

实战案例一

基于mmap+DMA的高速ADC数据…

实战案例一mmap+DMA

实战案例二

基于mmap+DMA的GPU帧缓冲共…

实战案例二mmap+DMA

实战案例三

基于dma_buf的跨驱动mmap共…

实战案例三dma

使用tracepoints跟踪mma… · 使用ftrace分析延迟 · 使用crash工具查看页表

调试技巧tracepoints

安全性考虑

防止用户态通过mmap破坏内核内存 · 权限检查 · 地址空间隔离

安全性考虑mmap

与UIO（Userspace I/O）框架的对比

UIO的mmap实现 · 优缺点 · 适用场景

与VFIO（Virtual Function I/O）框架的对比

VFIO的DMA重映射 · 安全模型 · 性能开销

多队列与多通道场景

多个DMA通道同时映射到不同用户进程…

多队列多通道场景

内核版本演进

不同内核版本（4.x · x · x）中mmap与DMA API的变化…

内核版本演进不同内核版本

课程总结与展望

mmap+DMA在CXL（Compu… · DPU（Data Processin…

课程总结mmap+DMA