[轉]淺談scatter-gather DMA

在正文開始之前需要先搞明白以下幾個問題：
1. 什么是DMA？

DMA的中文名稱叫做 直接內存訪問，是一種不需要CPU參與，就能實現數據搬移的技術（從一個地址空間到另一個地址空間）。

2. DMA有什么用？

一定程度上解放CPU，對於實現  高效嵌入式系統 與  加速網絡數據處理  有極其重要的作用。

3. DMA的實現簡述

在實現DMA傳輸時，是由DMA控制器直接掌管總線，因此，存在着一個總線控制權轉移問題。即DMA傳輸前，CPU要把總線控制權交給DMA控制器，而在結束DMA傳輸后，DMA控制器應立即把總線控制權再交回給CPU。一個完整的DMA傳輸過程必須經過DMA請求、DMA響應、DMA傳輸、DMA結束 4個步驟。

 

scatter-gather DMA 與 block DMA
傳統的block DMA 一次只能傳輸物理上連續的一個塊的數據， 完成傳輸后發起中斷。而scatter-gather DMA允許一次傳輸多個物理上不連續的塊，完成傳輸后只發起一次中斷。 

傳統的block DMA像這樣：

 

先進的scatter-gather DMA像這樣：

 

這樣做的好處是直觀的，大大減少了中斷的次數，提高了數據傳輸的效率。

 

scatter-gather DMA的應用

dpdk在ip分片的實現中，采用了一種稱作零拷貝的技術。而這種實現方式的底層，正是由scatter-gather DMA支撐的。dpdk的分片包采用了鏈式管理，同一個數據包的數據，分散存儲在不連續的塊中（mbuf結構）。這就要求DMA一次操作，需要從不連續的多個塊中搬移數據。附上e1000驅動發包部分代碼：

uint16_t
eth_em_xmit_pkts(void *tx_queue, struct rte_mbuf **tx_pkts,
        uint16_t nb_pkts)
{
    //e1000驅動部分代碼
    ...
    m_seg = tx_pkt;
    do {
        txd = &txr[tx_id];
        txn = &sw_ring[txe->next_id];
 
        if (txe->mbuf != NULL)
            rte_pktmbuf_free_seg(txe->mbuf);
            txe->mbuf = m_seg;
 
        /*
        * Set up Transmit Data Descriptor.
        */
        slen = m_seg->data_len;
        buf_dma_addr = rte_mbuf_data_iova(m_seg);
 
        txd->buffer_addr = rte_cpu_to_le_64(buf_dma_addr);
        txd->lower.data = rte_cpu_to_le_32(cmd_type_len | slen);
        txd->upper.data = rte_cpu_to_le_32(popts_spec);
 
        txe->last_id = tx_last;
        tx_id = txe->next_id;
        txe = txn;
        m_seg = m_seg->next;
    } while (m_seg != NULL);
 
    /*
    * The last packet data descriptor needs End Of Packet (EOP)
    */
    cmd_type_len |= E1000_TXD_CMD_EOP;
    txq->nb_tx_used = (uint16_t)(txq->nb_tx_used + nb_used);
    txq->nb_tx_free = (uint16_t)(txq->nb_tx_free - nb_used);
    ...
}

 

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