CN113326213A - 一种飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，属于计算机领域。本发明在Linux操作***内核功能模块中实现申请的虚拟地址与指定的物理地址进行一一映射的功能，在Linux操作***内核中实现的自定义地址映射模块额外的提供了一套供Linux操作***内核功能模块使用的地址映射接口，通过配置Linux操作***内核使用的页表项，实现虚拟地址与物理地址的一一映射功能。本发明不会影响Linux操作***内核中内存管理子***的地址映射功能，提升了以具体需求为驱动的工程的开发自由度，能够方便Linux操作***功能模块的修改，并且不会降低Linux操作***功能模块的强壮性和可移植性。

Description

一种飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法
技术领域
本发明属于计算机领域，具体涉及一种飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法。
背景技术
CPU通过地址来访问内存中的单元，地址有虚拟地址和物理地址之分，如果CPU没有MMU(Memory Management Unit，内存管理单元)，或者有MMU但没有启用，CPU核在取指令或访问内存时发出的地址将直接传到CPU芯片的外部地址引脚上，直接被内存芯片接收，即物理地址。如果CPU启用了MMU，CPU核发出的地址将被MMU截获，从CPU到MMU的地址称为虚拟地址，而MMU将这个地址翻译成另一个地址发到CPU芯片的外部地址引脚上，也就是将虚拟地址映射成物理地址。
当下的服务器的处理器基本都是以64位地址长度为主，在其上的Linux操作***最大可支持64位的地址空间。但是在实际的服务器上远没有支持到Linux操作***最大可支持的64位长度的地址空间的，因为目前应用程序没有那么大的内存需求。而且Linux操作***是多进程类型的操作***，每个进程都有各自的用户地址空间，且所有的进程共享同一个内核地址空间。所以每个进程需要将各自使用的用户地址空间的虚拟地址页的地址，动态的映射到物理内存页上。这部分将虚拟地址页映射到物理地址内存页的工作，由Linux操作***内核的内存管理子***完成。Linux操作***内核的内存管理子***提供子***的函数接口，以便Linux操作***内核其他功能模块调用。FT2000+国产处理器的服务器平台使用的块设备访问机制就是上述所表述的。
由于Linux操作***的内存管理子***完成所有的虚拟地址和物理地址的管理工作。在实际的工程项目中，如果需要在Linux操作***内核的功能模块里实现指定的物理地址与申请的虚拟地址进行一一映射。例如在Linux操作***内核的驱动模块中，实现驱动模块使用指定的物理内存与其他驱动模块实现共享数据区进行大量数据交换。则需要在Linux操作***内核的功能模块里实现Linux操作***内存管理子***的部分功能。但是在Linux操作***内核的功能模块里是获取不到页表基地址的，而且申请的虚拟地址因为没有物理地址进行一一对应，Linux操作***内核的功能模块是无法使用申请的虚拟地址空间的。否则会产生Linux操作***内核panic导致***死机。所以在Linux操作***内核的功能模块里实现指定的物理地址与申请的虚拟地址一一映射功能，改动量巨大，且更改后的Linux操作***内核的强壮性也很差。同时也降低了Linux操作***内核的功能模块的通用性和可移植性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，以解决在Linux操作***内核的功能模块里实现指定的物理地址与申请的虚拟地址一一映射功能改动量大、强壮性差的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，该方法包括如下步骤：
S1、Linux操作***内核上电启动，进入内存初始化阶段；预留出需要使用的物理地址空间，即指定的物理地址空间不注册进Linux操作***的内存管理子***中；如果成功，则进入步骤S2，反之则向Linux操作***内核报警，之后使用Linux操作***内核默认的功能模块；
S2、将预留成功的物理地址空间，注册进Linux操作***内核的resource资源链表中；
S3、实现一个自定义地址映射模块，自定义地址模块的功能是提供将传进接口的虚拟地址与本步骤注册进Linux操作***内核中的物理地址进行映射，自定义地址映射模块对外部模块提供调用接口；自定义地址映射模块能完成虚拟地址映射到指定的物理地址上，则进入步骤S4，反之则向Linux操作***内核报警，之后使用Linux操作***内核默认的功能模块；
S4、进入Linux操作***内核功能模块的初始化阶段，Linux操作***内核功能模块向Linux操作***内核的内存管理子***中申请一块满足需求的虚拟内存地址空间；
S5、Linux操作***内核功能模块从步骤S2中注册进Linux操作***内核的resource资源链表中获取预留的物理地址空间；
S6、调用步骤S2中实现的自定义地址映射模块提供的供外部模块调用的接口，在Linux操作***内核功能模块实现地址映射功能的接口；
S7、在Linux操作***内核功能模块中，使用地址映射功能的接口实现的申请的虚拟地址空间与预留的物理地址空间的映射。
进一步地，所述飞腾服务器平台为64位机器，虚拟地址和物理地址的位宽都是64位。
进一步地，所述飞腾服务器平台运行的操作***的虚拟地址有效位宽为48位。
进一步地，所述步骤S1中预留的物理地址空间的大小根据需自行定义。
进一步地，所述步骤S3具体包括如下步骤：
S31、实现一个自定义地址映射模块，将自定义地址映射模块通过调用接口接收到的虚拟地址空间的首地址与物理地址空间的首地址，传到Linux操作***内核中提供的标准地址映射接口函数中，并且将需要映射的虚拟地址空间的大小也传输进Linux操作***内核提供的标准地址映射接口函数中，实现根据虚拟地址和物理地址配置Linux操作***的页表项；
S32、根据Linux操作***内核提供的标准配置页表项属性的接口，配置页表项的属性。
进一步地，所述页表项的属性包括NO_BLOCK_MAPPINGS，用来标志限制BLOCK_MAPPING巨页的映射。
进一步地，所述页表项的属性包括NO_CONT_MAPPINGS，用来标志限制映射连续的物理页面。
进一步地，所述步骤S4中申请的虚拟内存地址空间为1GB。
进一步地，所述步骤S5中在获取预留的物理地址空间时，Linux操作***内核功能模块还获取到预留的物理地址空间的物理地址首地址和大小。
进一步地，所述步骤S7在使用地址映射功能的接口实现的申请的虚拟地址空间与预留的物理地址空间的映射时，还配置页表。
(三)有益效果
本发明提出一种飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，本发明在Linux操作***内核功能模块中实现申请的虚拟地址与指定的物理地址进行一一映射的功能。在Linux操作***内核中实现的自定义地址映射模块额外的提供了一套供Linux操作***内核功能模块使用的地址映射接口，通过配置Linux操作***内核使用的页表项，实现虚拟地址与物理地址的一一映射功能。而Linux操作***内核中的内核功能模块中实现虚拟地址与指定的物理地址映射是非常繁琐的，而且会降低Linux操作***内核的稳定性。本发明是在Linux操作***内核中虚拟地址与物理地址映射的标准接口中，实现了一个专门供Linux操作***内核的功能模块中使用的自定义地址映射模块，并且封装成供其他功能模块使用的接口。本发明不会影响Linux操作***内核中内存管理子***的地址映射功能。提升了以具体需求为驱动的工程的开发自由度。
本发明与现有技术相比，提出的技术方法为Linux操作***内核模块提供了一套实现指定虚拟地址与物理地址一一对应的功能接口。在需要在Linux操作***内核中实现使用某块物理地址时，能够方便Linux操作***功能模块的修改，并且不会降低Linux操作***功能模块的强壮性和可移植性。而且可以兼容现有的应用程序在其上的运行，不会影响现有的用户空间程序。
附图说明
图1为本发明的地址映射的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
FT2000+新一代国产多核处理器上运行的操作***，虚拟地址有效位宽达到48位。且操作***中可以用于分配给块设备的虚拟地址空间达512TB。本发明主要在Linux操作***内核的功能模块中实现指定的虚拟地址与指定的物理地址一一映射功能。Linux操作***内核的功能模块能够使用指定的物理地址进行数据存储、传输、控制等功能。而且更改后不会降低Linux操作***内核的强壮性，也不会降低Linux操作***内核的功能模块的通用性和可移植性。方便用户进行Linux操作***内核进行二次开发。
在64位机器上，虚拟地址和物理地址的位宽都是64位。前述48位是有效位宽，即0xFFFF xxxx xxxx xxxx，高16位为1，即高地址的四个F。
本发明中实现在Linux操作***内核的功能模块中实现通过Linux操作***内存管理子***申请一块虚拟地址空间，与指定的物理地址空间进行一一映射。从而在Linux操作***内核的功能模块中对申请的虚拟地址空间的读写，实质就是对指定的物理地址空间的读写。本发明的具体实现步骤，参考图1所示。具体步骤如下。
S1、Linux操作***内核上电启动，进入内存初始化阶段。预留出需要使用的物理地址空间，即指定的物理地址空间不注册进Linux操作***的内存管理子***中。预留的物理地址空间的大小根据需要自行定义。如果成功，则进入步骤S2，反之则向Linux操作***内核报警，之后使用Linux操作***内核默认的功能模块。
S2、将预留成功的物理地址空间，注册进Linux操作***内核的resource资源链表中；
S3、实现一个自定义地址映射模块，自定义地址模块的功能是提供将传进接口的虚拟地址与本步骤注册进Linux操作***内核中的物理地址进行映射，自定义地址映射模块对外部模块提供调用接口。具体的实现步骤如下：
S31、将自定义地址映射模块通过调用接口接收到的虚拟地址空间的首地址与物理地址空间的首地址，传到Linux操作***内核中提供的标准地址映射接口函数中，并且将需要映射的虚拟地址空间的大小也传输进Linux操作***内核提供的标准地址映射接口函数中，实现根据虚拟地址和物理地址配置Linux操作***的页表项。
S32、根据Linux操作***内核提供的标准配置页表项属性的接口，配置页表项的属性。例如属性NO_BLOCK_MAPPINGS用来标志限制BLOCK_MAPPING巨页的映射，属性NO_CONT_MAPPINGS用来标志限制映射连续的物理页面。本发明中使用的是属性NO_BLOCK_MAPPINGS配置的页表项。
自定义地址映射模块能够完成虚拟地址映射到指定的物理地址上，则进入步骤S4，反之则向Linux操作***内核报警，之后使用Linux操作***内核默认的功能模块。
S4、进入Linux操作***内核功能模块的初始化阶段，Linux操作***内核功能模块向Linux操作***内核的内存管理子***中申请一块满足需求的虚拟内存地址空间。
S5、Linux操作***内核功能模块从步骤S2中注册进Linux操作***内核的resource资源链表中获取预留的物理地址空间。Linux操作***内核功能模块获取到预留的物理地址空间的物理地址首地址和大小。
S6、调用步骤S2中实现的自定义地址映射模块提供的供外部模块调用的接口，在Linux操作***内核功能模块实现地址映射功能的接口。即在Linux操作***内核中实现将功能模块申请的一块虚拟地址空间，例如1GB，映射到步骤1中预留的物理地址空间中。
S7、在Linux操作***内核功能模块中，使用地址映射功能的接口实现的申请的虚拟地址空间与预留的物理地址空间的映射，并配置页表。
本发明在Linux操作***内核功能模块中实现申请的虚拟地址与指定的物理地址进行一一映射的功能。在Linux操作***内核中实现的自定义地址映射模块额外的提供了一套供Linux操作***内核功能模块使用的地址映射接口，通过配置Linux操作***内核使用的页表项，实现虚拟地址与物理地址的一一映射功能。而Linux操作***内核中的内核功能模块中实现虚拟地址与指定的物理地址映射是非常繁琐的，而且会降低Linux操作***内核的稳定性。本发明是在Linux操作***内核中虚拟地址与物理地址映射的标准接口中，实现了一个专门供Linux操作***内核的功能模块中使用的自定义地址映射模块，并且封装成供其他功能模块使用的接口。本发明不会影响Linux操作***内核中内存管理子***的地址映射功能。提升了以具体需求为驱动的工程的开发自由度。
本发明与现有技术相比，提出的技术方法为Linux操作***内核模块提供了一套实现指定虚拟地址与物理地址一一对应的功能接口。在需要在Linux操作***内核中实现使用某块物理地址时，能够方便Linux操作***功能模块的修改，并且不会降低Linux操作***功能模块的强壮性和可移植性。而且可以兼容现有的应用程序在其上的运行，不会影响现有的用户空间程序。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、Linux操作***内核上电启动，进入内存初始化阶段；预留出需要使用的物理地址空间，即指定的物理地址空间不注册进Linux操作***的内存管理子***中；如果成功，则进入步骤S2，反之则向Linux操作***内核报警，之后使用Linux操作***内核默认的功能模块；
S2、将预留成功的物理地址空间，注册进Linux操作***内核的resource资源链表中；
S3、实现一个自定义地址映射模块，自定义地址模块的功能是提供将传进接口的虚拟地址与本步骤注册进Linux操作***内核中的物理地址进行映射，自定义地址映射模块对外部模块提供调用接口；自定义地址映射模块能完成虚拟地址映射到指定的物理地址上，则进入步骤S4，反之则向Linux操作***内核报警，之后使用Linux操作***内核默认的功能模块；
S4、进入Linux操作***内核功能模块的初始化阶段，Linux操作***内核功能模块向Linux操作***内核的内存管理子***中申请一块满足需求的虚拟内存地址空间；
S5、Linux操作***内核功能模块从步骤S2中注册进Linux操作***内核的resource资源链表中获取预留的物理地址空间；
S6、调用步骤S2中实现的自定义地址映射模块提供的供外部模块调用的接口，在Linux操作***内核功能模块实现地址映射功能的接口；
S7、在Linux操作***内核功能模块中，使用地址映射功能的接口实现的申请的虚拟地址空间与预留的物理地址空间的映射。
2.如权利要求1所述的飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，其特征在于，所述飞腾服务器平台为64位机器，虚拟地址和物理地址的位宽都是64位。
3.如权利要求2所述的飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，其特征在于，所述飞腾服务器平台运行的操作***的虚拟地址有效位宽为48位。
4.如权利要求2所述的飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，其特征在于，所述步骤S1中预留的物理地址空间的大小根据需自行定义。
5.如权利要求1-4任一项所述的飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤：
S31、实现一个自定义地址映射模块，将自定义地址映射模块通过调用接口接收到的虚拟地址空间的首地址与物理地址空间的首地址，传到Linux操作***内核中提供的标准地址映射接口函数中，并且将需要映射的虚拟地址空间的大小也传输进Linux操作***内核提供的标准地址映射接口函数中，实现根据虚拟地址和物理地址配置Linux操作***的页表项；
S32、根据Linux操作***内核提供的标准配置页表项属性的接口，配置页表项的属性。
6.如权利要求5所述的飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，其特征在于，所述页表项的属性包括NO_BLOCK_MAPPINGS，用来标志限制BLOCK_MAPPING巨页的映射。
7.如权利要求5所述的飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，其特征在于，所述页表项的属性包括NO_CONT_MAPPINGS，用来标志限制映射连续的物理页面。
8.如权利要求1或5所述的飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，其特征在于，所述步骤S4中申请的虚拟内存地址空间为1GB。
9.如权利要求1或5所述的飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，其特征在于，所述步骤S5中在获取预留的物理地址空间时，Linux操作***内核功能模块还获取到预留的物理地址空间的物理地址首地址和大小。
10.如权利要求1或5所述的飞腾服务器平台下在驱动程序中实现地址映射的方法，其特征在于，所述步骤S7在使用地址映射功能的接口实现的申请的虚拟地址空间与预留的物理地址空间的映射时，还配置页表。
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