Linux内核memremap设置为uncahche

Linux内核memremap设置为uncache

在Linux内核中，将内存映射设置为uncacheable（不可缓存）通常用于访问设备寄存器或需要严格内存顺序的场景。以下是实现方法和关键步骤：

1. 使用 memremap API

  • 通过 memremap() 函数指定 MEMREMAP_UC 标志实现不可缓存映射：

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    #include <linux/io.h>

    void *addr = memremap(phys_addr, size, MEMREMAP_UC);
    • 参数说明：
      • phys_addr: 要映射的物理地址起始位置
      • size: 映射区域的大小
      • MEMREMAP_UC: 映射为不可缓存（Uncacheable）

  • 返回值：

    • 成功：映射后的虚拟地址指针（void __iomem *类型）
    • 失败：NULL（需检查错误）

  • 解除映射：

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    memunmap(addr); // 使用后解除映射

2. 使用 ioremap API（替代方案）

  • ioremap() 默认映射为不可缓存（等效于 MEMREMAP_UC）：
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    void *addr = ioremap(phys_addr, size);
    • 解除映射使用 iounmap(addr)

3. 关键注意事项

  • 访问方式：

    • 必须使用内核提供的I/O函数访问映射区域：
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      u32 val = readl(addr);          // 读32位数据
      writel(value, addr + offset);   // 写32位数据
      其他函数：readb()/writeb()（8位）、readw()/writew()（16位）。

  • 缓存一致性：

    • 不可缓存映射绕过CPU缓存，确保每次访问直接读写物理内存。
    • 适用于设备寄存器（值可能随时变化）或DMA缓冲区（需避免缓存一致性问题）。

  • 性能影响：

    • 频繁访问时性能较低（无缓存加速），仅必要时使用。

  • 地址对齐：

    • 物理地址和大小通常需按页对齐（PAGE_SIZE，如4KB）。

  • 资源管理：

    • 确保在模块退出或错误路径中调用 memunmap() 或 iounmap() 释放资源。

4. 完整示例代码

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#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/io.h>

#define PHYS_ADDR 0xFE000000  // 目标物理地址
#define REG_SIZE  0x1000      // 映射区域大小（4KB）

static void __iomem *uc_map;

static int __init my_init(void)
{
    // 映射为不可缓存
    uc_map = memremap(PHYS_ADDR, REG_SIZE, MEMREMAP_UC);
    if (!uc_map) {
        pr_err("memremap failed\n");
        return -ENOMEM;
    }

    // 示例：读取设备寄存器
    u32 reg_val = readl(uc_map + 0x10);
    pr_info("Register value: 0x%x\n", reg_val);

    return 0;
}

static void __exit my_exit(void)
{
    if (uc_map) {
        // 解除映射
        memunmap(uc_map);
        pr_info("Unmapped UC region\n");
    }
}

module_init(my_init);
module_exit(my_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

5. 适用场景

  • 设备寄存器访问（如硬件状态寄存器）
  • DMA缓冲区（避免CPU缓存导致的脏数据问题）
  • 特殊内存区域（如帧缓冲区、非一致性内存）

通过正确使用 MEMREMAP_UC 或 ioremap()，可确保内核安全、高效地访问需要严格内存顺序的设备内存区域。