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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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