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关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析


问题描述:VPU做缩略图编码的应用中,同样一份jpeg编码库,在Linux中编码出来的缩略图没有问题,但是用Melis系统编码出来的缩略图,顶部有黑线和横杠。

Melis编码效果如下图所示:

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理地址

Linux Tina编码出的图像却是这个样子的:

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理内存_02

Linux可能是白平衡没有做好,这里忽略颜色问题,单纯看这个黑线和横杠的问题。

解决方案:

通过分析,在melis系统上关闭dcache(关闭arm dcache的方法有两种,一种是直接关闭系统控制寄存器SCTLR.M位,另一种是通过页表关闭,​​具体见这里​​)后,melis出图就正常了。所以问题一定出在cache matainence中,关于ARM的cache mantainence操作,和MIPS一样,分为invalidate 和 flush,前者无效cache tag位,后者将dirty的cache line回写到physical memory, 经过一番查找,最终在VPU编码库中找到了一个位置确实没有对VBV buffer做cache matainence操作,加上后,问题解决。

问题虽然解决,但是还遗留一个大大的问号,Linux和Melis共用同一套编码逻辑,为何这个问题只出现在Melis上,而没有出现在Tina上面呢?经过分析,怀疑可能出现在内存分配的方式上,经过多年的的开发,Melis已经纳入了Linux系统的才有的动态加载,虚拟内存等机制。VPU在Melis中分配的虚拟内存是带cache属性的(上面说说到这个问题是通过关闭dcache找到的切入点就是针对这个前提),而Tina则是通过ION分配的内存,方便内核和用户态共享。那就需要从这个角度分析这个问题。

总线地址和物理内存内部偏移地址:

这里排除虚拟地址的概念(讨论的问题和从CPU角度看到的虚拟地址无关),通常硬件IP访问的物理地址有两种形式,一种是从系统总线角度看到的物理地址,另一种是基于物理内存的内部偏移。如下图:

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理地址_03

如上图,IP1和IP2看到的物理内存地址同IPn看到的是完全不同的,IP1/IP2由于挂载公共总线上,所以访问地址中必须有选择访问目标的位域,一般是最高位,而IPn由于本身就挂在ddr的总线桥上,则无需给出访问目标的位域,只需要给出颗粒内部的偏移即可。

在jpeg编码的用例中,需要用到物理地址设置给硬件做DMA目标地址。也需要地址供CPU读取内容进行数据读取,我们打印出两个地址:

Tina系统

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理地址_04

Melis系统

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理地址_05

编译melis得到的结果如下:可以看到phy=0x41cf7400明显不和tina输出的在一个范围,但是竟然也没错,编码除了正确的jpeg图。

linux不太可能出错的,所以出错的可能是melis,所以尝试修改内存分配函数ion_alloc_palloc,由于soc DDR的物理地址从0x40000000开始,所以消去高位,如下面红色部分代码所示:

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理内存_06

重新编译运行:0x41cf7400变成了0x1cf7400

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理地址_07

去掉高位地址后,得到的结果编码是正确的。

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理内存_08

所以,melis一直以来使用的物理地址是总线视图的,其实是错误的,正确的应该是以物理内存基地址为0地址的内存内的地址偏移。

关于Linux上ION分配内存的cache属性:

首先抓取物理和虚拟地址:

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理地址_09

可以看到,虚拟地址是0xb6fd6000,物理地址是0x25c000,页目录基地址是0x4e4f0000.

调试内核,在当前线程中加入断点:

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_虚拟地址_10

可以看到,页表地址和打印出来的一样,证明当前确实断在了VPU解码线程。

根据TTBR0格式,TTBCR为0,所以x=14-0 = 14.所以,页表地址应该在0x4e4f0000

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理地址_11

将页目录dump出来,可以看到,内核空间是段式映射,物理内存的初始映射在0x4e4f3000,而页目录基地址是0x4e4f0000, 所以(0x4e4f3000 - 0x4e4f0000)/4 = 0x3000/4 = 0xc00.段式映射,每个页目录映射长度是1M,所以内核空间的起始地址是0xC0000000,这也印证了Linux内核从虚拟地址0xc0000000开始映射。

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理地址_12

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_虚拟地址_13

再来看看虚拟地址0xb6fd6000,高12bit寻址pgd,也就是0xb6f, 对应的页目录项为0x4e4f2dbc

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理地址_14

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_虚拟地址_15

所以是一个page table,二级页表项为 bits[31:10]和虚拟地址的bit[19:12]的拼接,结果为:0x4ef27f58

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_虚拟地址_16

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_物理内存_17

可以看到,pte项为0x4d02fa3f,他是一个small page,不可执行的页面。
cache位为1,为可cache.

所以证明在Linux中VPU通过ION接口分配的页面也是cacheable的。

整个页表查找逻辑如下:

关于Linux ION和Melis3.0系统中物理地址分配的异同分析_虚拟地址_18

结束!

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