DMA机制

前言

我很早就接触到DMA这个词，但是现在才感觉真正的认识DMA。这种认识来的太迟，还好是来了。

之前的认识

“DMA是一种硬件，帮助CPU搬运buffer，降低CPU loading。”
现在看来，除了最基本的“硬件”、“降低CPU loading”还算正确，其他全部乱套了。

什么是DMA

DMA是一种硬件，用于“外设和内存”之间的数据搬运。

外设

可以认为是除CPU和内存（或DDR）外的所有设备；常见的有网卡、ISP、GPU等。
一个最常见的举例，就是网卡的数据，搬运到内存，其实读取网卡某些寄存器，然后拷贝到内存中；这个数据量相当大，因此使用DMA可以大幅降低CPU loading。

数据搬运，而不是buffer搬运！

外设和内存之间的数据搬运，除了buffer等大量数据外，还可以指一些提前准备好的寄存器数据，甚至是任意数据。
比如CPU会根据3A算法往ISP刷大量寄存器，如果可以使用DMA，就会降低CPU loading —— 这就是cammand DMA(CDMA)；
比如ISP某模块触发中断，也会设置某些寄存器，正常情况下，都是CPU来实现；即使数据量不大，考虑到Linux对中断的响应有延迟，也可以使用DMA。
这也是CDMA使用的一种场景，特别是在图像流实时处理中很有用。

Reader和Writer

我一直很好奇，为什么D公司设计的ISP中，除了Cammand DMA，没有使用DMA搬运buffer？
我还很好奇，为什么C公司设计的ISP，大家一直提DMA buffer，讲道理ISP模块内部的buffer轮转，不需要DMA硬件啊！
现在就完全讲通了：
再次强调：DMA用来外设（除CPU和DDR）和内存之间的buffer搬运。
D ISP中的reader/writer，就是通过AXI 总线读写DDR数据，这和DMA的工作机制完全一致！
实际上，reader/writer就是一种特殊的DMA，具有额外数据对齐、裁剪等图像处理功能。
C ISP中肯定有很多可以读写buffer的模块，设计文档上命名为DMA read/writer engine，是否读写只是一个寄存器配置，不作为一个单独reader/writer模块理解。
因此，大家都在讨论DMA buffer，而没有讨论DMA模块，也没有讨论reader和writer，实际上确实使用了DMA机制。

DMA内存

DMA内存特性

• 物理地址连续：DMA可没有MMU，没有办法处理物理地址不连续的情况
• 缓存一致性：也就是DMA访问到的内存和CPU访问到的一致；正常情况下，CPU会从cache访问数据而不是DDR中
• 不可换出：DMA内存必须是常驻内存

两种方案

• 采用Android常用的ION buffer（专门为DMA设计，满足以上所有要求 + 用户态/内核态共享）
• 内核预分配大块连续物理内存，采用mmap映射以便用户态/内核态共享