Linux指定物理地址分配内存

在Linux内核中指定物理地址分配内存需要谨慎操作，通常涉及保留内存区域并将其映射到内核虚拟地址空间。以下是具体步骤和示例：

步骤说明

  1. 保留物理内存区域
    在系统启动时，通过内核启动参数或设备树保留指定物理地址的内存，防止内核将其分配给其他用途。

  2. 映射物理地址到内核虚拟地址
    在内核模块中使用 ioremap() 或 memremap() 将保留的物理地址映射到内核的虚拟地址空间，以便访问。

  3. 访问和释放内存
    通过映射后的虚拟地址进行读写操作，使用完成后解除映射并释放资源。

具体实现

1. 保留物理内存

  • 方法一：内核启动参数（x86/通用）
    在GRUB等引导加载器中添加参数，保留指定区域：

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    memmap=1M$0x10000000   # 保留从0x10000000开始的1MB内存

  • 方法二：设备树（ARM/嵌入式）
    在设备树中定义保留内存区域：

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    reserved-memory {
        my_region: my_region@10000000 {
            compatible = "my-reserved-memory";
            reg = <0x10000000 0x00100000>; // 起始地址0x10000000，大小1MB
            no-map; // 防止内核映射此区域
        };
    };

2. 内核模块映射物理地址

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

#define PHYS_ADDR 0x10000000
#define MEM_SIZE   0x00100000  // 1MB

static void __iomem *vaddr;

static int __init my_module_init(void)
{
    // 请求内存区域（可选，确保未被占用）
    if (!request_mem_region(PHYS_ADDR, MEM_SIZE, "my_mem")) {
        pr_err("Failed to reserve memory region\n");
        return -EBUSY;
    }

    // 映射物理地址到内核虚拟地址
    vaddr = ioremap(PHYS_ADDR, MEM_SIZE);
    if (!vaddr) {
        pr_err("ioremap failed\n");
        release_mem_region(PHYS_ADDR, MEM_SIZE);
        return -ENOMEM;
    }

    // 示例：写入数据到该内存区域
    iowrite32(0x12345678, vaddr);

    // 示例：读取数据
    pr_info("Data: 0x%x\n", ioread32(vaddr));

    return 0;
}

static void __exit my_module_exit(void)
{
    if (vaddr) {
        iounmap(vaddr);       // 解除映射
        release_mem_region(PHYS_ADDR, MEM_SIZE);  // 释放保留区域
    }
}

module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

注意事项

  • 物理地址合法性
    确保指定的物理地址属于系统可用内存范围，且未被其他硬件（如DMA控制器）占用，否则可能导致系统崩溃。

  • 缓存一致性
    使用 ioremap() 默认映射为无缓存（Uncached），若需访问普通内存（如RAM），可改用 memremap() 并指定 MEMREMAP_WB 缓存模式：

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    vaddr = memremap(PHYS_ADDR, MEM_SIZE, MEMREMAP_WB);

  • 内存屏障
    直接操作硬件寄存器或共享内存时，使用内存屏障（如 mb()）确保读写顺序。

  • 平台兼容性
    x86架构可能启用物理地址扩展（PAE），需确认物理地址是否在32位可寻址范围内（或使用64位内核）。

用户空间访问物理内存

若需在用户空间访问指定物理地址，可通过 /dev/mem 设备结合 mmap：

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#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>

#define PHYS_ADDR 0x10000000
#define PAGE_SIZE 4096

int fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC);
void *vaddr = mmap(NULL, PAGE_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, PHYS_ADDR);

// 读写操作
*(uint32_t*)vaddr = 0x12345678;
printf("Value: 0x%x\n", *(uint32_t*)vaddr);

munmap(vaddr, PAGE_SIZE);
close(fd);

注意：需以root权限运行，且内核配置需启用 CONFIG_STRICT_DEVMEM 的宽松设置（不建议生产环境使用）。

通过上述方法，可以在Linux内核或用户空间中安全地分配并访问指定物理地址的内存。