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C++利用DMA传输数据
2023-07-12 15:11:30 深夜i     --     --
C++ DMA 数据传输 内存管理 性能优化

在C++语言中,DMA(Direct Memory Access,直接内存访问)传输数据是一种高效率的数据传输方式。DMA允许外围设备(如硬盘、网卡)直接访问内存,而不需要CPU的介入,从而提高了数据传输的速度和效率。

使用DMA传输数据的核心技术是内存映射I/O(Memory-Mapped I/O)。内存映射I/O是一种特殊的I/O方式,即将外围设备映射到内存地址空间中,使其可以像访问内存一样访问硬件设备。这样,在进行数据传输时,就可以使用内存读写指令(如MOV指令)直接访问外围设备,而不需要使用中断或PIO(Programmed I/O)方式,从而提高传输速度和效率。

在C++中,使用DMA传输数据需要先定义DMA通道(Channel),然后设置DMA传输的源地址、目的地址和传输长度等参数,最后启动DMA传输即可。以下是一个使用DMA传输数据的示例程序:


#include <iostream>

#include <cstring>

#include <cstdlib>

#include <cstdio>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <linux/dmaengine.h>

#include <linux/dma-buf.h>

#define DMA_DEV "/dev/dma0"

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[]) {

  // 打开DMA设备

  int fd = open(DMA_DEV, O_RDWR | O_SYNC);

  if (fd < 0)

    cerr << "open " << DMA_DEV << " error: " << errno << endl;

    return -1;

  

  // 创建DMA缓冲区

  void* dma_buf = nullptr;

  posix_memalign(&dma_buf, 4096, 4096);

  memset(dma_buf, 0xFF, 4096);

  // 获取DMA通道

  int dma_chan = dma_request_channel(DMA_ANY_CHANNEL, NULL, NULL);

  if (dma_chan < 0)

    cerr << "dma_request_channel error: " << dma_chan << endl;

    goto fail;

  

  // 设置DMA传输参数

  dma_addr_t src_addr = (dma_addr_t)dma_buf;

  dma_addr_t dst_addr = (dma_addr_t)dma_buf + 1024;

  size_t len = 1024;

  dma_cookie_t cookie = 0;

  struct dma_async_tx_descriptor* dma_desc =

      dmaengine_prep_dma_memcpy(

          dma_chan, dst_addr, src_addr, len, DMA_PREP_INTERRUPT);

  if(!dma_desc)

    cerr << "dmaengine_prep_dma_memcpy error" << endl;

    goto fail;

  

  // 启动DMA传输

  dma_submit(dma_desc);

  cookie = dma_desc->cookie;

  // 等待DMA传输完成

  dma_async_issue_pending(dma_chan);

  struct dma_tx_state state;

  memset(&state, 0, sizeof(state));

  dmaengine_tx_status(dma_chan, cookie, &state);

  while (state.state != DMA_COMPLETE) {

    dmaengine_tx_status(dma_chan, cookie, &state);

  }

  // 打印DMA缓冲区内容

  printf("DMA buffer: ");

  for (int i = 0; i < 16; i++) {

    printf("%02X ", *((unsigned char*)dma_buf + i));

  }

  printf("\n");

  // 释放DMA通道

  dma_release_channel(dma_chan);

  // 关闭DMA设备

  close(fd);

  return 0;

  fail:

  // 关闭DMA设备

  close(fd);

  return -1;

}

在上面的示例程序中,我们使用了Linux内核提供的DMA API来操作DMA设备。程序首先打开DMA设备文件/dev/dma0,然后创建一个DMA缓冲区,接着获取一个DMA通道,并设置DMA传输参数(源地址、目的地址和传输长度等)。最后,启动DMA传输,并等待传输完成。传输完成后,我们打印DMA缓冲区的内容。

需要注意的是,在实际应用中,需要根据硬件平台和具体需求选择合适的DMA设备和对应的API接口,以及设置合适的传输参数和DMA通道等。同时,由于DMA传输是一种硬件相关的操作,因此需要特别小心操作,在使用DMA传输数据的过程中,应该避免产生数据异常或损坏等情况。

  
  

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