高性能PCI驅(qū)動(dòng)程序的關(guān)鍵技術(shù)

應(yīng)三叢，汪明寅，張 行

（1.四川大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川 成都610065；2.四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院，四川 成都610065）

0 引 言

嵌入式技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致越來(lái)越多的電子設(shè)備都采用嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而PowerPC和DSP都屬于嵌入式技術(shù)的范疇。對(duì)于具有視頻圖像數(shù)據(jù)處理，以及對(duì)處理結(jié)果需要存儲(chǔ)管理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)那度胧郊夹g(shù)應(yīng)用，單純的選擇PowerPC或DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)，都不是一個(gè)好的選擇，因?yàn)镻owerPC和DSP都有各自的缺陷。眾所周知，DSP作為數(shù)字信號(hào)處理專用處理器，在視頻圖像處理等方面有很大的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)諸如文件管理，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)仁聞?wù)性工作的實(shí)現(xiàn)存在困難。而PowerPC處理器與DSP專用處理器剛好形成互補(bǔ)，移植在PowerPC處理器上的Linux操作系統(tǒng)則可以根據(jù)需要裁減內(nèi)核，在數(shù)據(jù)管理、多任務(wù)調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确矫姹憩F(xiàn)出色。綜合二者各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用Power－PC與DSP技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)包含視頻圖像處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用是一種最佳方案。采用PowerPC和DSP雙核技術(shù)時(shí)，PowerPC與DSP之間通常存在大量數(shù)據(jù)需要相互交換，那么，如何實(shí)現(xiàn)二者之間數(shù)據(jù)的高效通信就成了不容忽視的問(wèn)題。由于PowerPC和DSP處理器都能提供PCI總線接口，并且PowerPC處理器上可以移植嵌入式Linux操作系統(tǒng)，因 此，本 文 采 用 PCI（peripheral component interconnect）作為二者之間大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ沤涌?。在Linux操作系統(tǒng)中，為了保證PCI接口數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?，其?qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。多篇文獻(xiàn)［1－4］中都只介紹了通用的PCI驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的基本方法，并沒(méi)有提到如何提高PCI數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。在PCI的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中，本文采用了零拷貝技術(shù)和直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DMA）技術(shù)，并與通常的PCI驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比后，明顯提高了PowerPC和DSP之間的PCI數(shù)據(jù)傳輸能力。

1 嵌入式硬件平臺(tái)

本文驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)是針對(duì)PowerPC與DSP的嵌入式平臺(tái)開發(fā)的，DSP選用 TI公司的 DM642芯片［5－6］，主頻600MHz，8個(gè)平行處理單元，外圍包含了多個(gè)VPort口，有利于實(shí)現(xiàn)各種視頻數(shù)據(jù)的采集；片上集成的PCI總線控制器，可以作為PCI主/從設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。PowerPC選用freescale公 司 的 MPC8315E 芯 片［7］， 該 芯 片 主 頻 為400MHz的e300內(nèi)核架構(gòu)，片內(nèi)集成了兩個(gè)千兆網(wǎng)絡(luò)控制器（gMAC）和SATA接口控制器，有利于PowerPC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?；MPC8315片上集成了PCI總線控制器，可以作為PCI Host訪問(wèn)PCI總線上的各個(gè)PCI設(shè)備；擴(kuò)展的大容量存儲(chǔ)器和片上集成的DMA控制器（含4個(gè)DMA通道）有利于提高PCI總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α?/p>

PowerPC與DSP（即MPC8315E與DM642）之間的PCI數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制如圖1所示，MPC8315E作為PCI Host主機(jī)，DM642作為PCI Slave設(shè)備。MPC8315E通過(guò)PCI總線與DM642進(jìn)行數(shù)據(jù)通信存在兩種方式，一種是由CPU直接參與PCI總線讀寫，眾多文獻(xiàn)均采用這種方式進(jìn)行PCI總線傳輸，即MPC8315E直接參與讀寫PCI總線和外圍的DDR－II存儲(chǔ)器。另一種是DMA控制傳輸方式，MPC8315E只需要簡(jiǎn)單設(shè)置DMA控制器的寄存器，雙核之間的大量數(shù)據(jù)傳輸主要由DMA控制器來(lái)完成，幾乎不需要MPC8315E來(lái)干預(yù)，這種方式幾乎不占用MPC8315E的CPU運(yùn)行時(shí)間，有助于整個(gè)系統(tǒng)的性能提高。

2 Linux下驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 驅(qū)動(dòng)程序概述

在Linux操作系統(tǒng)中，所有的外圍設(shè)備都是通過(guò)文件節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)的，Linux的虛擬文件系統(tǒng)為各種不同文件系統(tǒng)提高了統(tǒng)一的訪問(wèn)接口，包括PCI外圍設(shè)備，通過(guò)這些接口，應(yīng)用程序可以直接使用open，close，read，write和ioctl等系統(tǒng)調(diào)用來(lái)對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)和控制［8－9］。而為一個(gè)外圍設(shè)備提供這些系統(tǒng)調(diào)用的響應(yīng)函數(shù)正是該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的責(zé)任，驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)的這些響應(yīng)函數(shù)才可以直接訪問(wèn)外部的物理設(shè)備，換句話說(shuō)，Linux中應(yīng)用程序訪問(wèn)外部的設(shè)備都是通過(guò)該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，若要訪問(wèn)外圍設(shè)備，對(duì)該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)是必需的；若要提高與外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸性能，其驅(qū)動(dòng)程序如何設(shè)計(jì)又是非常重要的。

圖1 PowerPC與DSP之間的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制

在Linux系統(tǒng)中，其系統(tǒng)主要分為3層：應(yīng)用層，內(nèi)核層和物理層［10］。應(yīng)用層主要運(yùn)行與應(yīng)用相關(guān)的應(yīng)用程序；內(nèi)核層主要是Linux操作系統(tǒng)運(yùn)行的空間，包括驅(qū)動(dòng)程序也運(yùn)行在該層；物理層就是各種物理外設(shè)，包括該平臺(tái)中掛在PCI總線的DM642設(shè)備。應(yīng)用程序要訪問(wèn)外部的PCI設(shè)備，必須通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。

基于MPC8315E和DM642嵌入式平臺(tái)，其PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)包括控制命令、上行數(shù)據(jù)傳輸和下行數(shù)據(jù)傳輸，如圖2所示。控制命令主要是通過(guò)各種系統(tǒng)調(diào)用，如read（），write（），ioctl（）等，實(shí)現(xiàn)對(duì)DM642控制，包括DM642的啟動(dòng)，停止等；上行數(shù)據(jù)傳輸是指MPC8315E讀取DM642端的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；下行數(shù)據(jù)傳輸是指MPC8315E把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)寫到DM642。在本文的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中，MPC8315E和DM642之間大量的數(shù)據(jù)傳輸采用了兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，即零拷貝技術(shù)和DMA數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。無(wú)論是上行數(shù)據(jù)還是下行數(shù)據(jù)，應(yīng)用層與驅(qū)動(dòng)層之間采用了共享存儲(chǔ)器的方法實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用層和驅(qū)動(dòng)層可以互斥訪問(wèn)同一段存儲(chǔ)器。對(duì)于上行數(shù)據(jù)，當(dāng)DM642端數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，通過(guò)PCI外部中斷觸發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的外部中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序處理完中斷現(xiàn)場(chǎng)后啟動(dòng)DMA讀傳輸，DMA控制器通過(guò)PCI總線直接從DM642把準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)傳到共享的存儲(chǔ)器中，傳輸完成后觸發(fā)DMA中斷服務(wù)程序，DMA中斷服務(wù)程序通過(guò)同步消息通知應(yīng)用程序數(shù)據(jù)已經(jīng)在共享存儲(chǔ)器中就緒，應(yīng)用層可以處理共享存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)；對(duì)于下行數(shù)據(jù)，應(yīng)用層把數(shù)據(jù)存放到共享存儲(chǔ)器中，通過(guò)ioctl（）系統(tǒng)調(diào)用通知驅(qū)動(dòng)層下行的數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備就緒，驅(qū)動(dòng)層啟動(dòng)DMA寫傳輸，DMA控制器通過(guò)PCI總線直接把共享存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)寫到DM642的存儲(chǔ)器中。

PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通用框架以及中斷注冊(cè)等實(shí)現(xiàn)幾乎一樣，在很多文獻(xiàn)［11－12］中都已經(jīng)提到，本文中不再重復(fù)討論這些內(nèi)容。針對(duì)實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)據(jù)傳輸?shù)腜CI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，下面的內(nèi)容主要討論其中關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

圖2 Linux系統(tǒng)中PCI驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)框架

2.2 DMA傳輸技術(shù)

在PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸中，通常都是由CPU主動(dòng)讀寫訪問(wèn)PCI外圍設(shè)備［13］，必然會(huì)占用CPU的大量時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)PCI設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入輸出，造成整個(gè)系統(tǒng)的性能下降。對(duì)于片上集成有DMA控制器的CPU，若采用DMA傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)PCI數(shù)據(jù)傳輸，可以幾乎不占用CPU的時(shí)間，由DMA控制器來(lái)完成數(shù)據(jù)的輸入輸出，必然會(huì)提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

MPC8315E處理器片上集成有DMA控制器，可控制多個(gè)DMA傳輸通道，并且可以實(shí)現(xiàn)PCI總線和存儲(chǔ)器總線之間的相互傳輸，在本文驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中，正是根據(jù)MPC8315E的片上DMA控制器特點(diǎn)，采用DMA技術(shù)實(shí)現(xiàn)PCI設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，為MPC8315E節(jié)約更多的時(shí)間處理別的事務(wù)，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（1）在系統(tǒng)內(nèi)存中分配大塊的存儲(chǔ)區(qū)，用于DMA傳輸，必須確保屬于低端內(nèi)存，得到用于DMA傳輸?shù)目偩€地址，且不能換入換出，通常會(huì)用到GFP＿KERNEL，GFP＿DMA等標(biāo)志，其具體實(shí)現(xiàn)在后面的零拷貝技術(shù)會(huì)詳細(xì)描述。

（2）在內(nèi)核中調(diào)用request＿dma（）函數(shù)請(qǐng)求并注冊(cè)一個(gè)DMA通道，并為該通道注冊(cè)一個(gè)DMA傳輸完成中斷，并實(shí)現(xiàn)其中斷服務(wù)程序，與驅(qū)動(dòng)程序的其他中斷注冊(cè)方法相同，不再描述。

（3）通過(guò)內(nèi)核函數(shù)獲得PCI設(shè)備DM642在MPC8315E的系統(tǒng)中的總線地址，對(duì)于PCI設(shè)備其中一個(gè)存儲(chǔ)器資源的實(shí)現(xiàn)如下，其余段的存儲(chǔ)器資源處理相同。

（4）當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，通過(guò)中斷或者命令通知CPU初始化DMA通道的各個(gè)參數(shù)，如DMA的源總線地址寄存器，目的總線地址寄存器以及傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寄存器等，并啟動(dòng)DMA傳輸后，CPU就不再參與數(shù)據(jù)的傳輸，在DMA傳輸完成后，在其DMA傳輸完成中斷服務(wù)程序中CPU只需要清理中斷現(xiàn)場(chǎng)就結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸。

因此，驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中采用了DMA技術(shù)，在MPC8315E和DMA642之間的PCI數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，只需要占用極少的CPU時(shí)間初始化DMA寄存器及DMA中斷管理，有利于優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。

2.3 零拷貝技術(shù)

在Linux操作系統(tǒng)中，應(yīng)用層軟件和內(nèi)核層的驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)交換通常可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用read（）、write（）來(lái)實(shí)現(xiàn)，read（）和write（）調(diào)用［14］時(shí)，應(yīng)用層軟件使用的是用戶空間緩沖區(qū)，驅(qū)動(dòng)程序使用的是內(nèi)核空間緩沖區(qū)。系統(tǒng)調(diào)用read（）要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從驅(qū)動(dòng)層傳輸?shù)綉?yīng)用層，那么需要調(diào)用copy＿to＿user（）來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)核空間緩沖區(qū)數(shù)據(jù)拷貝到用戶空間緩沖區(qū)；而系統(tǒng)調(diào)用write（）要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從應(yīng)用層傳輸?shù)津?qū)動(dòng)層，那么需要調(diào)用copy＿from＿user（）來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶空間緩沖區(qū)數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核空間緩沖區(qū)。大量數(shù)據(jù)從一個(gè)緩沖區(qū)拷貝到另一個(gè)緩沖區(qū)，會(huì)占用CPU大量的時(shí)間，因此，采用read（）和write（）方法實(shí)現(xiàn)用戶空間和內(nèi)核空間數(shù)據(jù)的交換，只適用小量數(shù)據(jù)的傳輸，而不適用大量數(shù)據(jù)的傳輸。

零拷貝技術(shù)［14］是指用戶空間與內(nèi)核空間緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)相互傳輸時(shí)，只需要傳遞緩沖區(qū)的地址指針，不需要做任何的拷貝，其實(shí)現(xiàn)主要包括共享內(nèi)存和異步通知機(jī)制。共享內(nèi)存是指同一段物理內(nèi)存分別映射出用戶空間虛擬地址和內(nèi)核空間虛擬地址后，應(yīng)用層和驅(qū)動(dòng)層都可以訪問(wèn)同一段物理內(nèi)存；異步通知機(jī)制是指在應(yīng)用層和驅(qū)動(dòng)層之間實(shí)現(xiàn)一個(gè)異步的消息通知機(jī)制，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層和驅(qū)動(dòng)層對(duì)同一物理內(nèi)存的互斥訪問(wèn)。以下主要描述零拷貝技術(shù)在驅(qū)動(dòng)程序中的實(shí)現(xiàn)。

2.3.1 共享內(nèi)存

在Linux系統(tǒng)中，應(yīng)用層軟件通過(guò)文件操作file＿operations結(jié)構(gòu)的mmap函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)共享存儲(chǔ)器映射［14］。具體實(shí)現(xiàn)是，首先，在驅(qū)動(dòng)的初始化時(shí)，在系統(tǒng)內(nèi)存中分配共享存儲(chǔ)區(qū)。由于該共享存儲(chǔ)區(qū)也需要提供給DMA傳輸使用，所以它的分配必須使用面向頁(yè)面的分配技術(shù)，而且需要是物理連續(xù)的若干個(gè)頁(yè)面，分配后返回的是該段內(nèi)存的內(nèi)核虛擬地址。其實(shí)現(xiàn)函數(shù)如下：

在驅(qū)動(dòng)程序的對(duì)mmap系統(tǒng)調(diào)用的響應(yīng)函數(shù)mypci＿mmap（）中，通過(guò)一個(gè)虛擬內(nèi)存區(qū)（VMA）結(jié)構(gòu)把以上分配內(nèi)存的內(nèi)核虛擬地址轉(zhuǎn)換到該段內(nèi)存的物理地址，通過(guò)物理地址為該內(nèi)存建立新的頁(yè)表，并映射出起始的用戶虛擬地址。其實(shí)現(xiàn)函數(shù)如下：

應(yīng)用層軟件的mmap系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)返回的地址就是該段共享內(nèi)存在用戶空間的虛擬地址，應(yīng)用程序通過(guò)該地址可以訪問(wèn)該段共享內(nèi)存。

2.3.2 異步通知機(jī)制

在Linux編程中，若應(yīng)用層軟件與驅(qū)動(dòng)程序之間共享了內(nèi)存，那么，應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序都可以訪問(wèn)同一段物理內(nèi)存，為了避免二者之間訪問(wèn)內(nèi)存的沖突，必須在應(yīng)用層和驅(qū)動(dòng)層之間實(shí)現(xiàn)同步互斥訪問(wèn)。用戶程序啟用stdin輸入文件到當(dāng)前進(jìn)程的異步通知機(jī)制，同時(shí)注冊(cè)了一個(gè)應(yīng)用層的消息響應(yīng)函數(shù)msgCallback（）。其實(shí)現(xiàn)如下：

在驅(qū)動(dòng)程序?qū)ξ募僮鱢async（）的響應(yīng)函數(shù)mypci＿fasync（）中，通過(guò)fasync＿h(yuǎn)elper（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步通知事件的系統(tǒng)注冊(cè)。

驅(qū)動(dòng)程序在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)就緒后，通過(guò)kill＿fasync（＆mypci－＞pci＿queue，SIGIO，POLL＿IN）函數(shù)發(fā)送通知消息到應(yīng)用軟件，使其消息響應(yīng)函數(shù)msgCallback（）被調(diào)用。通過(guò)POLL＿IN可以同時(shí)傳遞一個(gè)參數(shù)到其消息響應(yīng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)同步。

2.4 驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)

在本文中，基于MPC8315E和DM642構(gòu)建的嵌入式硬件平臺(tái)和linux2.6.29版本，采用以上描述的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)了雙處理器之間PCI總線的驅(qū)動(dòng)程序，并用gcc4.1.2交叉編譯器在ltib環(huán)境下編譯生成PCI驅(qū)動(dòng)程序模塊，在驅(qū)動(dòng)程序模塊安裝時(shí)，需要完成的工作包括：驅(qū)動(dòng)程序的初始化；分配兩個(gè)共享內(nèi)存，并映射其用戶空間虛擬地址和用于DMA傳輸?shù)奈锢淼刂罚猾@得訪問(wèn)PCI設(shè)備的存儲(chǔ)空間資源的起始地址，通過(guò)該地址獲得用于DMA傳輸?shù)目偩€地址；注冊(cè)外部PCI中斷源及其中斷服務(wù)函數(shù)；注冊(cè)DMA通道、DMA傳輸完成中斷源及其中斷服務(wù)函數(shù)；注冊(cè)實(shí)現(xiàn)異步通知機(jī)制的消息。驅(qū)動(dòng)程序模塊安裝完成后，其驅(qū)動(dòng)程序就駐留在內(nèi)核程序空間，MPC8315E的應(yīng)用程序可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序訪問(wèn)PCI外設(shè)DM642，其流程圖如圖3所示。

3 結(jié)果及討論

圖3 驅(qū)動(dòng)程序流程

基于MPC8315E＋DM642嵌入式平臺(tái)和Linux操作系統(tǒng)，采用本文論述的驅(qū)動(dòng)程序關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)PCI總線驅(qū)動(dòng)程序模塊設(shè)計(jì)，PCI外設(shè)（DM642）和MPC8315E端應(yīng)用層之間的數(shù)據(jù)傳輸，主要采用DMA控制器和交換緩沖區(qū)指針來(lái)實(shí)現(xiàn)，幾乎不占用MPC8315E的時(shí)間。為了說(shuō)明本文描述的驅(qū)動(dòng)程序技術(shù)非常關(guān)鍵，將本文描述方法設(shè)計(jì)的PCI驅(qū)動(dòng)程序和傳統(tǒng)方法（即read，write方法）設(shè)計(jì)的PCI驅(qū)動(dòng)程序都進(jìn)行了性能測(cè)試，其測(cè)試方法是在相同的該嵌入式平臺(tái)上，通過(guò)PCI總線傳輸相同的數(shù)據(jù)，并將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)保存到文件系統(tǒng)中，分別統(tǒng)計(jì)占用MPC8315E的負(fù)荷。其測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 兩種PCI驅(qū)動(dòng)程序的性能測(cè)試結(jié)果

針對(duì)該嵌入式系統(tǒng)，測(cè)試得到MPC8315E寫文件時(shí)的最大帶寬約10Mbyte/s，根據(jù)表1橫向?qū)Ρ瓤芍?，采用關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)程序在該測(cè)試中，占用的CPU負(fù)荷主要就是寫數(shù)據(jù)到文件所需要的負(fù)荷；而采用傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)程序在該測(cè)試中，占用的CPU負(fù)荷包括了從PCI外設(shè)讀數(shù)據(jù)，從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝數(shù)據(jù)到用戶緩沖區(qū)和用戶空間寫數(shù)據(jù)到文件的負(fù)荷總和。根據(jù)表1縱向?qū)Ρ瓤芍?dāng)PCI總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小時(shí)，如1Kbyte/s，100Kbyte/s，CPU的負(fù)荷都很小，采用兩種方法實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)程序?qū)φ麄€(gè)CPU性能的影響差別不大。當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量逐漸增加時(shí)，如1Mbyte/s，2Mbyte/s等，采用本文描述方法實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ谔岣逤PU性能具有明顯優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)linux操作系統(tǒng)，本文提出了PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)，主要是DMA技術(shù)和零拷貝技術(shù)。與傳統(tǒng)的PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)方法相比，DMA技術(shù)不需要占用處理器的大量時(shí)間實(shí)現(xiàn)與PCI外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸，零拷貝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件與內(nèi)核軟件共享數(shù)據(jù)緩存，減少處理器拷貝數(shù)據(jù)占用的時(shí)間。

在PowerPC和DM642的雙處理器嵌入式平臺(tái)上，本文提出的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于linux系統(tǒng)下PCI外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，并與傳統(tǒng)的PCI驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果表明，在驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中，采用本文描述的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)于提高整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的性能具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文描述的關(guān)鍵技術(shù)需要額外占用系統(tǒng)的DMA通道資源，存在一定的局限性，若需進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，建議在PCI設(shè)備卡的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)PCI master設(shè)備的功能［15］，在進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，PCI外部設(shè)備主動(dòng)申請(qǐng)PCI總線的使用權(quán)，直接訪問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)存的數(shù)據(jù)。

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