Linux 如何避免读/写字符设备时cpu的高使用率？

我需要为带有SRAM的PCIe设备编写linux内核驱动程序

在第一次尝试中，我编写了一个使用字符设备从PCIe访问SRAM的驱动程序

一切正常，但有一个问题。SRAM速度慢1MB读/写大约需要2秒，这是一个硬件限制。读/写时CPU 100%忙。女巫是个问题。我不需要速度，读/写速度可能很慢，但为什么需要这么多CPU

使用

pci\u iomap

初始化缓冲区：

  g_mmio_buffer[0] = pci_iomap(pdev, SRAM_BAR_H, g_mmio_length);

读/写函数如下所示：

static ssize_t dev_read(struct file *fp, char *buf, size_t len, loff_t *off) {
  unsigned long rval;
  size_t copied;

  rval = copy_to_user(buf, g_mmio_buffer[SRAM_BAR] + *off, len);

  if (rval < 0) return -EFAULT;

  copied = len - rval;
  *off += copied;

  return copied;
}

static ssize_t dev_write(struct file *fp, const char *buf, size_t len, loff_t *off) {
  unsigned long rval;
  size_t copied;

  rval = copy_from_user(g_mmio_buffer[SRAM_BAR] + *off, buf, len);

  if (rval < 0) return -EFAULT;

  copied = len - rval;
  *off += copied;

  return copied;
}

static ssize\u t dev\u read（结构文件*fp，字符*buf，大小长度，loff\u t*off）{
无符号长rval；
复制的大小；
rval=复制到用户（buf，g\U mmio\U缓冲区[SRAM\U条]+*关闭，len）；
如果（rval<0）返回-EFAULT；
复制=len-rval；
*off+=已复制；
返回复印件；
}
静态ssize_t dev_write（结构文件*fp，常量字符*buf，大小长度，loff_t*off）{
无符号长rval；
复制的大小；
rval=从用户复制（g\U mmio\U缓冲区[SRAM\U BAR]+*关闭、buf、len）；
如果（rval<0）返回-EFAULT；
复制=len-rval；
*off+=已复制；
返回复印件；
}

问题是高CPU使用率下我能做什么

我应该重写驱动程序以使用块设备而不是字符吗

---

允许CPU在读取/保存数据时在另一个进程上工作？

正如@0andriy所指出的，您不应该直接访问iomem。有一些函数，如

memcpy\u toio（）

和

memcpy\u fromio（）

，可以在IOEM和普通内存之间进行复制，但它们只在内核虚拟地址上工作

为了在不使用中间数据缓冲区的情况下从用户空间地址复制到iomem，需要将用户空间内存页“固定”到物理内存中。这可以使用

get\u user\u pages\u fast（）

完成。但是，固定页面可能位于内核中永久映射内存之外的“高内存”（highmem）中。这样的页面需要使用

kmap\u atomic（）

暂时映射到内核虚拟地址空间中一段时间。（有一些规则规定了使用

kmap_atomic（）

，还有其他函数用于highmem的长期映射。有关详细信息，请查看文档。）

一旦用户空间页面映射到内核虚拟地址空间，

memcpy\u toio（）

和

memcpy\u fromio（）

就可以用来在该页面和IOEM之间进行复制

由

kmap\u atomic（）

临时映射的页面需要由

kunmap\u atomic（）

取消映射

需要通过调用

put\u page（）

来分别解除由

get\u User\u pages\u fast（）

固定的用户内存页的固定，但是如果页面内存已写入（例如，通过

memcpy\u fromio（）

写入），则在调用

put\u page（）

之前，必须首先通过

设置页面脏锁（）

将其标记为“脏”

综上所述，以下功能可用于在用户内存和IOEM之间进行复制：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/highmem.h>
#include <linux/io.h>

/**
 * my_copy_to_user_from_iomem - copy to user memory from MMIO
 * @to:     destination in user memory
 * @from:   source in remapped MMIO
 * @n:      number of bytes to copy
 * Context: process
 *
 * Returns number of uncopied bytes.
 */
long my_copy_to_user_from_iomem(void __user *to, const void __iomem *from,
                unsigned long n)
{
    might_fault();
    if (!access_ok(to, n))
        return n;
    while (n) {
        enum { PAGE_LIST_LEN = 32 };
        struct page *page_list[PAGE_LIST_LEN];
        unsigned long start;
        unsigned int p_off;
        unsigned int part_len;
        int nr_pages;
        int i;

        /* Determine pages to do this iteration. */
        p_off = offset_in_page(to);
        start = (unsigned long)to - p_off;
        nr_pages = min_t(int, PAGE_ALIGN(p_off + n) >> PAGE_SHIFT,
                 PAGE_LIST_LEN);
        /* Lock down (for write) user pages. */
        nr_pages = get_user_pages_fast(start, nr_pages, 1, page_list);
        if (nr_pages <= 0)
            break;

        /* Limit number of bytes to end of locked-down pages. */
        part_len =
            min(n, ((unsigned long)nr_pages << PAGE_SHIFT) - p_off);

        /* Copy from iomem to locked-down user memory pages. */
        for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
            struct page *page = page_list[i];
            unsigned char *p_va;
            unsigned int plen;

            plen = min((unsigned int)PAGE_SIZE - p_off, part_len);
            p_va = kmap_atomic(page);
            memcpy_fromio(p_va + p_off, from, plen);
            kunmap_atomic(p_va);
            set_page_dirty_lock(page);
            put_page(page);
            to = (char __user *)to + plen;
            from = (const char __iomem *)from + plen;
            n -= plen;
            part_len -= plen;
            p_off = 0;
        }
    }
    return n;
}

/**
 * my_copy_from_user_to_iomem - copy from user memory to MMIO
 * @to:     destination in remapped MMIO
 * @from:   source in user memory
 * @n:      number of bytes to copy
 * Context: process
 *
 * Returns number of uncopied bytes.
 */
long my_copy_from_user_to_iomem(void __iomem *to, const void __user *from,
                unsigned long n)
{
    might_fault();
    if (!access_ok(from, n))
        return n;
    while (n) {
        enum { PAGE_LIST_LEN = 32 };
        struct page *page_list[PAGE_LIST_LEN];
        unsigned long start;
        unsigned int p_off;
        unsigned int part_len;
        int nr_pages;
        int i;

        /* Determine pages to do this iteration. */
        p_off = offset_in_page(from);
        start = (unsigned long)from - p_off;
        nr_pages = min_t(int, PAGE_ALIGN(p_off + n) >> PAGE_SHIFT,
                 PAGE_LIST_LEN);
        /* Lock down (for read) user pages. */
        nr_pages = get_user_pages_fast(start, nr_pages, 0, page_list);
        if (nr_pages <= 0)
            break;

        /* Limit number of bytes to end of locked-down pages. */
        part_len =
            min(n, ((unsigned long)nr_pages << PAGE_SHIFT) - p_off);

        /* Copy from locked-down user memory pages to iomem. */
        for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
            struct page *page = page_list[i];
            unsigned char *p_va;
            unsigned int plen;

            plen = min((unsigned int)PAGE_SIZE - p_off, part_len);
            p_va = kmap_atomic(page);
            memcpy_toio(to, p_va + p_off, plen);
            kunmap_atomic(p_va);
            put_page(page);
            to = (char __iomem *)to + plen;
            from = (const char __user *)from + plen;
            n -= plen;
            part_len -= plen;
            p_off = 0;
        }
    }
    return n;
}

#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
/**
*my_copy_to_user_from_iomem-从MMIO复制到用户内存
*@to:用户内存中的目标
*@from:source在重新映射的MMIO中
*@n:要复制的字节数
*背景：过程
*
*返回未复制的字节数。
*/
long my_copy_to_user_from_iomem（void u user*to，const void u iomem*from，
无符号长（n）
{
可能是你的错；
如果（！访问正常（到，n））
返回n；
while（n）{
枚举{PAGE_LIST_LEN=32}；
结构页面*页面列表[页面列表]；
无符号长启动；
无符号整数p_off；
无符号整数部分；
int nr_页面；
int i；
/*确定要执行此迭代的页面*/
p_off=第页中的偏移量（至）；
开始=（无符号长）至-p_关闭；
nr_pages=min_t（int，PAGE_ALIGN（p_off+n）>>PAGE_SHIFT，
第页（列表）；
/*锁定（用于写入）用户页*/
nr_页面=快速获取用户页面（开始，nr_页面，1，页面列表）；
如果（第页第页），
第页（列表）；
/*锁定（用于读取）用户页面*/
nr_页面=快速获取用户页面（开始，nr_页面，0，页面列表）；
如果（nr_pages的SRAM慢）--SRAM不慢，但访问它的方法慢。从/到用户空间的复制可能会将PCIe传输大小一次减少到一个字节。在等待通过PCIe的每个字节传输时，CPU可能会浪费周期。第一个错误：您不应该直接使用iomem地址（你必须得到一个编译器警告，以免弄乱地址空间）。第二个错误是，IO未缓存，每次读写都需要访问内存并受到相应的惩罚（你必须自己缓存数据）。@Sawdush我把它命名为错误的NVRAM。很明显，CPU在等待时会浪费周期，但我能做些什么？@0andriy 1）我没有收到任何编译警告。是否有任何示例如何正确使用它有没有兑现数据的例子？将数据复制到缓冲区然后再复制到IO内存对我来说毫无意义。@0将数据读/写到NVRAM应该是可靠的。我需要确保数据确实写入了NVRAM芯片。等待没有问题，浪费cpu周期是有问题的。感谢您给出了这么好的答案！在
中，访问\u ok
函数优先p缺少参数，需要验证读取或验证写入。需要试用。@fazibear是，在内核版本5.0之前
access\u ok
需要初始
VERIFY\u READ
或
VERIFY\u WRITE
参数。