CN102467473A - 一种在用户空间和内核之间传输数据的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数据传输领域,公开了一种使用DMA在用户空间和内核之间高效传输数据的方法及装置。本发明所提供的在用户空间和内核之间传输数据的方法和装置,提出一种使用内存映射和环形数据缓冲区相结合的方法,实现了在DMA传输数据的过程中从用户空间直接、简单、高效访问外设的内存;由于采用将DMA缓冲区的物理地址映射到用户虚拟空间,使内核空间和用户空间都能访问这段被映射后用户虚拟空间的虚拟地址,可以提高DMA传输数据过程中,内存和外设之间的访问速率,进而减轻CPU资源占有率,节省***资源。
Description
技术领域
本发明涉及数据传输领域,尤其涉及的是一种使用DMA在用户空间和内核之间高效传输数据的方法及装置。
背景技术
DMA(Direct MemoryAccess直接内存访问)是一种硬件机制,它允许***设备和主内存之间直接传输数据而无需经过CPU。在DMA模式下,CPU只须向DMA控制器下达指令,让DMA控制器来处理数据的传送,数据传送完毕再把信息反馈给CPU。而在DMA传输过程中,CPU也能同时进行其他处理,这样就很大程度上减轻了CPU资源占有率,可以大大节省***资源。
通常,外部设备与内存之间的DMA数据传输包括从外设缓存中获取数据到内存,和(或)将内存的数据传输到外设的缓存中。如传输的数据源或数据处理需在用户空间进行,就需要用户可直接快速地访问外设内存,这时都会用到内存映射及DMA映射(指成一个DMA缓冲区并为该缓冲区生成能够被设备访问的地址)技术。
由于受到DMA缓冲区大小限制,现有的技术在实现上只能将生成的DMA缓冲映射到用户空间,这样就很大的限制了DMA传输速率,并且增加了用户空间和内核操作的复杂度。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供了一种在用户空间和内核之间传输数据的方法和装置,提高了DMA传输数据过程中,用户空间和外设之间的访问效率、速度及操作的简便性。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:
一种在用户空间和内核之间传输数据的方法,其中,包括步骤:
A、打开外设,申请DMA缓冲区,配置DMA控制器,初始化等待队列;
B、使用内存映射技术使用户空间内存的一段地址m1关联到外设内存上;
C、将DMA的缓冲区的物理地址内存映射到用户虚拟空间,使内核空间和用户空间都能访问这段被映射后的用户虚拟空间的虚拟地址;
D、在用户空间申请一片内存地址m2;
E、产生传输所需数据源并将其存储到用户空间内存区m2,使用内存拷贝技术将用户空间内存区m2中指定个数的数据拷贝到用户空间内存区m1指定的位置处,并移动和调整用户空间内存区m1区域的写指针,同时通知内核更新DMA环形缓冲区的写指针;
F、等待启动DMA传输的请求,若收到DMA启动请求,则更新DMA传输地址和传输数据个数,启动DMA传输,修改相关标志,同时通知外设准备接收数据,然后等待DMA传输完成中断。
所述在用户空间和内核之间传输数据的方法,其中,还包括步骤:
G、内核收到DMA中断请求,首先唤醒等待队列,发送请求数据的命令给用户空间,用户空间侦测到此请求,转到步骤E。
所述在用户空间和内核之间传输数据的方法,其中,还包括步骤:
H、外设收到DMA传输过来的数据,回到步骤F。
一种在用户空间和内核之间传输数据的装置,其中,包括:
DMA缓冲区申请单元,用于申请DMA缓冲区,配置DMA控制器,初始化等待队列;
第一关联单元,用于使用内存映射技术使用户空间内存的一段地址m1关联到外设内存上;
用户虚拟空间映射单元,用于将DMA的缓冲区的物理地址内存映射到用户虚拟空间,使内核空间和用户空间都能访问这段被映射后的用户虚拟空间的虚拟地址;
第二用户空间内存申请单元,用于在用户空间申请一片内存地址m2;
传输数据产生单元,用于产生传输所需数据源并将其存储到用户空间内存区m2;
拷贝控制单元,用于使用内存拷贝技术将用户空间内存区m2中指定个数的数据拷贝至到用户空间内存区m1指定的位置处,并移动和调整用户空间内存区m1区域的写指针,同时通知内核更新DMA环形缓冲区的写指针;
传输控制单元,用于等待启动DMA传输的请求,若收到DMA启动请求,则更新DMA传输地址和传输数据个数,启动DMA传输,修改相关标志,同时通知外设准备接收数据,然后等待DMA传输完成中断。
所述的在用户空间和内核之间传输数据的装置,其中,还包括:
内核接收单元,用于收到DMA中断请求,首先唤醒等待队列,发送请求数据的命令给用户空间。
所述的在用户空间和内核之间传输数据的装置,其中,还包括:
外设接收单元,用于接收DMA传输过来的数据
本发明所提供的在用户空间和内核之间传输数据的方法和装置,提出一种使用内存映射和环形数据缓冲区相结合的方法,实现了在DMA传输数据的过程中从用户空间直接、简单、高效访问外设的内存;由于采用将DMA缓冲区的物理地址映射到用户虚拟空间,使内核空间和用户空间都能访问这段被映射后用户虚拟空间的虚拟地址,可以提高DMA传输数据过程中,内存和外设之间的访问速率,进而减轻CPU资源占有率,节省***资源。
附图说明
图1是本发明实施例的在用户空间和内核之间传输数据的方法流程图;
图2是本发明实施例的用户空间访问外设内存结构示意图;
图3是本发明实施例的DMA缓冲区映射原理图;
图4是本发明实施例的在用户空间和内核之间传输数据的装置原理框图。
具体实施方式
本发明所提供的一种在用户空间和内核之间传输数据的方法和装置,为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例的一种在用户空间和内核之间传输数据的方法,其中,涉及的DMA传输过程是将内存数据写到外设缓存中,且内存中数据需要从用户空间产生时,如图1所示,所述方法主要包括以下步骤:
步骤S110:打开外设,申请DMA缓冲区,配置DMA控制器,初始化等待队列等。
其中,内存中用于与外设交互数据的一块区域被称作DMA缓冲区,申请DMA缓冲区,即在内存中申请一块用于与外设交互数据的区域。
步骤S120:使用内存映射技术使用户空间内存的一段地址m1关联到外设内存上,如图2所示。
步骤S130:将DMA缓冲区的物理地址内存映射到用户虚拟空间,如图3所示,使内核空间和用户空间都能访问这段被映射后用户虚拟空间的虚拟地址。
步骤S140:在用户空间申请一片内存地址m2。
步骤S150:产生传输所需数据源并将其存储到用户空间内存区m2,如图2所示,使用内存拷贝技术将用户空间内存区m2中指定个数的数据拷贝至到用户空间内存区m1指定的位置处,并移动和调整用户空间内存区m1区域的写指针,同时通知内核更新DMA环形缓冲区的写指针。
其中,所述环形缓冲区只是概念上的,也即虚拟的,只需要在内核空间增加一个读(写)指针,然后在每次DMA传输完成后去更新(移动)该指针,当这个指针移动到缓冲区末尾的时候也就等价于在缓冲区的首部,即首尾相连,这时候该指针就又指向了缓冲区的首部。所以环形缓冲区可以通过维护一个读写指针来实现。
步骤S160:等待启动DMA传输的请求,若收到DMA启动请求,则更新DMA传输地址和传输数据个数,启动DMA传输,修改相关标志,同时由硬件控制通知外设准备接收数据,然后等待DMA传输完成中断。
步骤S170:内核收到DMA中断请求,首先唤醒等待队列,发送请求数据的命令给用户空间,用户空间侦测到此请求,转到步骤S150;
步骤S180:外设收到DMA传输过来的数据,回到步骤S160。
譬如、用户空间需要实时快速传输批量图像数据到内核空间,此时就可以通过本发明的方法实现数据的转移,而当此数据传输到内核后就可立刻通过外设DMA输出给显示***。
当然,在图像采集过程中,外设将采集的数据DMA至内核空间,用户空间如需此批量数据进行实时分析和显示的话,也可使用本发明的方法来实现数据从内核空间到用户空间高效、实时的转移。
由上可见,本发明实施例提供了一种使用DMA在用户空间和内核之间高效传输数据的方法,可以提高DMA传输数据过程中,内存和外设之间的访问速率,进而减轻CPU资源占有率,节省***资源。
基于上述实施例的在用户空间和内核之间传输数据的方法,本发明实施例还提供了一种在用户空间和内核之间传输数据的装置,如图4所示,包括:
DMA缓冲区申请单元410,用于申请DMA缓冲区,配置DMA控制器,初始化等待队列。
第一关联单元420,用于使用内存映射技术使用户空间内存的一段地址m1关联到外设内存上。
用户虚拟空间映射单元430,用于将DMA的缓冲区的物理地址内存映射到用户虚拟空间,使内核空间和用户空间都能访问这段被映射后的用户虚拟空间的虚拟地址。
第二用户空间内存申请单元440,用于在用户空间申请一片内存地址m2;
传输数据产生单元450,用于产生传输所需数据源并将其存储到用户空间内存区m2。
拷贝控制单元460,用于使用内存拷贝技术将用户空间内存区m2中指定个数的数据拷贝至到用户空间内存区m1指定的位置处,并移动和调整用户空间内存区m1区域的写指针,同时通知内核更新DMA环形缓冲区的写指针。
传输控制单元470,用于等待启动DMA传输的请求,若收到DMA启动请求,则更新DMA传输地址和传输数据个数,启动DMA传输,修改相关标志,同时通知外设准备接收数据,然后等待DMA传输完成中断。
内核接收单元480,用于收到DMA中断请求,首先唤醒等待队列,发送请求数据的命令给用户空间。
外设接收单元490,用于接收DMA传输过来的数据
综上所述,本发明所提供的在用户空间和内核之间传输数据的方法和装置,提出一种使用内存映射和环形数据缓冲区相结合的方法,实现了在DMA传输数据的过程中从用户空间直接、简单、高效访问外设的内存;由于采用将DMA缓冲区的物理地址映射到用户虚拟空间,使内核空间和用户空间都能访问这段被映射后用户虚拟空间的虚拟地址,可以提高DMA传输数据过程中,内存和外设之间的访问速率,进而减轻CPU资源占有率,节省***资源。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种在用户空间和内核之间传输数据的方法,其特征在于,包括步骤:
A、打开外设,申请DMA缓冲区,配置DMA控制器,初始化等待队列;
B、使用内存映射技术使用户空间内存的一段地址m1关联到外设内存上;
C、将DMA的缓冲区的物理地址内存映射到用户虚拟空间,使内核空间和用户空间都能访问这段被映射后的用户虚拟空间的虚拟地址;
D、在用户空间申请一片内存地址m2;
E、产生传输所需数据源并将其存储到用户空间内存区m2,使用内存拷贝技术将用户空间内存区m2中指定个数的数据拷贝到用户空间内存区m1指定的位置处,并移动和调整用户空间内存区m1区域的写指针,同时通知内核更新DMA环形缓冲区的写指针;
F、等待启动DMA传输的请求,若收到DMA启动请求,则更新DMA传输地址和传输数据个数,启动DMA传输,修改相关标志,同时通知外设准备接收数据,然后等待DMA传输完成中断。
2.根据权利要求1所述的在用户空间和内核之间传输数据的方法,其特征在于,还包括步骤:
G、内核收到DMA中断请求,首先唤醒等待队列,发送请求数据的命令给用户空间,用户空间侦测到此请求,转到步骤E。
3.根据权利要求1所述的在用户空间和内核之间传输数据的方法,其特征在于,还包括步骤:
H、外设收到DMA传输过来的数据,回到步骤F。
4.一种在用户空间和内核之间传输数据的装置,其特征在于,包括:
DMA缓冲区申请单元,用于申请DMA缓冲区,配置DMA控制器,初始化等待队列;
第一关联单元,用于使用内存映射技术使用户空间内存的一段地址m1关联到外设内存上;
用户虚拟空间映射单元,用于将DMA的缓冲区的物理地址内存映射到用户虚拟空间,使内核空间和用户空间都能访问这段被映射后的用户虚拟空间的虚拟地址;
第二用户空间内存申请单元,用于在用户空间申请一片内存地址m2;
传输数据产生单元,用于产生传输所需数据源并将其存储到用户空间内存区m2;
拷贝控制单元,用于使用内存拷贝技术将用户空间内存区m2中指定个数的数据拷贝至到用户空间内存区m1指定的位置处,并移动和调整用户空间内存区m1区域的写指针,同时通知内核更新DMA环形缓冲区的写指针;
传输控制单元,用于等待启动DMA传输的请求,若收到DMA启动请求,则更新DMA传输地址和传输数据个数,启动DMA传输,修改相关标志,同时通知外设准备接收数据,然后等待DMA传输完成中断。
5.根据权利要求4所述的在用户空间和内核之间传输数据的装置,其特征在于,还包括:
内核接收单元,用于收到DMA中断请求,首先唤醒等待队列,发送请求数据的命令给用户空间。
6.根据权利要求4所述的在用户空间和内核之间传输数据的装置,其特征在于,还包括:
外设接收单元,用于接收DMA传输过来的数据。
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Legal Events
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---|---|---|---|
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20150211 |