ZYNQ AXI-DMA Linux调试记录

AXI DMA 基准测试内存分配失败 —— 调试记录

项目	内容
日期	2026-08-13
平台	Xilinx Zynq-7000（console=ttyPS0，Petalinux，根文件系统 mmcblk0p2）
相关组件	axidma 内核驱动 + axidma_benchmark 用户态测试程序
问题类型	DMA 缓冲区分配失败（内存不足）

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1. 问题现象

加载驱动成功，DMA 通道探测正常：

root@Always@ff:~/usr-app# insmod axidma.ko
axidma: loading out-of-tree module taints kernel.
axidma: axidma_dma.c: axidma_dma_init: 717: DMA: Found 1 transmit channels and 1 receive channels.
axidma: axidma_dma.c: axidma_dma_init: 719: VDMA: Found 0 transmit channels and 0 receive channels.

但运行基准测试时，接收缓冲区分配失败：

root@Always@ff:~/usr-app# ./axidma_benchmark
AXI DMA Benchmark Parameters:
        Transmit Buffer Size: 7.91 MiB
        Receive Buffer Size: 7.91 MiB
        Number of DMA Transfers: 1000 transfers

cma: cma_alloc: alloc failed, req-size: 2025 pages, ret: -12
axidma: axidma_chrdev.c: axidma_mmap: 283: Unable to allocate contiguous DMA memory region of size 8294400.
axidma: axidma_chrdev.c: axidma_mmap: 285: Please make sure that you specified cma=<size> on the kernel command line, and the size is large enough.
Unable to allocate receive buffer from the AXI DMA device: Cannot allocate memory

关键点：发送缓冲区（TX）分配成功，接收缓冲区（RX）分配失败。

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2. 定位过程

2.1 确定缓冲区大小来源

axidma_benchmark 的默认传输大小定义在 examples/axidma_benchmark.c:51-53：

#define IMAGE_SIZE            (1920 * 1080)
#define DEFAULT_TRANSFER_SIZE ((int)(IMAGE_SIZE * sizeof(int)))

计算：1920 × 1080 × 4 = 8,294,400 字节 = 7.91 MiB，与日志中打印的 7.91 MiB 一致。

2.2 解读内核错误

cma: cma_alloc: alloc failed, req-size: 2025 pages, ret: -12

• 2025 页 × 4096 = 8,294,400 字节，正好是请求的 7.91 MiB。
• ret: -12 = -ENOMEM（内存不足）。
• 该错误来自 CMA（Contiguous Memory Allocator，连续内存分配器）。

2.3 确认分配路径

用户态 axidma_malloc() → mmap() → 驱动的 axidma_mmap() → dma_alloc_coherent()（driver/axidma_chrdev.c:280），最终从内核 CMA 池分配。

由于 TX 成功、RX 失败，说明 CMA 池大小只够装约一个缓冲区，装不下两个。

2.4 确认 CMA 配置

root@Always@ff:~/usr-app# cat /proc/cmdline
console=ttyPS0,115200 earlycon root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait

→ 命令行中没有 cma= 参数，使用内核默认值。

root@Always@ff:~/usr-app# cat /proc/meminfo | grep -i cma
CmaTotal:          16384 kB
CmaFree:           15916 kB

→ CmaTotal = 16384 kB = 16 MiB，印证是内核默认 CMA 大小（CONFIG_CMA_SIZE_MBYTES=16）。

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3. 根因分析

• CMA 池总量仅 16 MiB。
• 两个缓冲区各 7.91 MiB，合计约 15.82 MiB，加上对齐开销与碎片，实际需求已逼近甚至超过 16 MiB 上限。
• 第一个（TX）7.91 MiB 分配成功，第二个（RX）再申请 7.91 MiB 时剩余空间不足，触发 -ENOMEM。

结论：内核命令行未指定 cma=，CMA 默认过小，无法同时容纳两个 7.91 MiB 的 DMA 缓冲区。

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4. 解决方案

方案 A —— 增大 CMA（推荐，根本解决）

在内核命令行末尾添加 cma=256M：

console=ttyPS0,115200 earlycon root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait cma=256M

快速验证（U-Boot，一次生效）：

setenv bootargs 'console=ttyPS0,115200 earlycon root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait cma=256M'
boot

永久生效（二选一）：

1. 设备树 chosen 节点（system-user.dtsi 或主 dts）：

   chosen {
       bootargs = "console=ttyPS0,115200 earlycon root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait cma=256M";
   };
   

2. U-Boot 环境变量（执行上面 setenv 后）：

   saveenv
   

   改完后重新编译 boot / image.ub 并烧录重启。

大小建议：基准测试两个 7.91 MiB 缓冲区，32 MiB 够用但偏紧，建议 64 MiB 起；若板载 RAM 为 512 MB / 1 GB，cma=256M 无压力。

方案 B —— 减小基准测试缓冲区（无需重启，快速验证）

axidma_benchmark 要求 Tx/Rx 大小同时指定：

./axidma_benchmark -i 4 -o 4        # 各 4 MiB
./axidma_benchmark -b 1048576 -s 1048576   # 各 1 MiB

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5. 验证方法

修改后重启，确认：

cat /proc/cmdline | tr ' ' '\n' | grep cma   # 应显示 cma=256M
cat /proc/meminfo | grep -i cma              # CmaTotal 应为 262144 kB
./axidma_benchmark                            # 应能跑通并输出吞吐率

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6. 附录：相关代码位置

文件	位置	说明
examples/axidma_benchmark.c	L51-53	默认传输大小 1920×1080×4 = 7.91 MiB
examples/axidma_benchmark.c	L258-263	Tx/Rx 大小必须同时指定的参数校验
driver/axidma_chrdev.c	L280-281	dma_alloc_coherent() 分配连续 DMA 内存
driver/axidma_chrdev.c	L283-286	分配失败时的错误打印（与日志吻合）