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嵌入式技术相关技术文章通过mmap方式应用程序在Linux下访问物理地址提高实时性
前言
按照Linux分层驱动思想，外设驱动与主机控制器的驱动不相关，主机控制器的驱动不关心外设，而外设驱动也不关心主机，外设访问核心层的通用应用程序接口进行数据传输，主机和外设之间可以进行任意的组合。这样思想要求应用程序不应当直接访问物理地址，而是应当通过驱动程序的调用来实现，以便保持应用程序的可移植性，操作访问的统一性，应用程序利用系统的统一调用接口访问外设，如使用write（），read（）等函数进行实际的外设读写控制。应用程序通过调用接口进入内核函数后，内核利用copy_from_user（）获得应用层数据，内核驱动程序也通过分层最终执行物理访问，之后把获得的数据用copy_to_user（）回传给应用程序的调用者。由于驱动对外需要有个统一接口，所以定义了一些结构体，链表等机制，以便让应用程序操作简单化，数据在内核一应用之间的复制，填充结构体等都需要时间开销，有时按这种标准调用方式，因为操作时间过长，无法完成设计目的。
操作效率评估
我们的一个项目中，系统由FPGA和ARM11结合为核心控制器，其中FPGA连接外部高速ADC、DAC和RF器件在ARM11的控制下，实现GB18000-6C标准的UHF RFID读写控制状态机。FPGA与ARM11的接口采用SPI，其中ARM11选用三星S3C6410，作为SPI的主机，FPGA作为SPI的从机，受S3C6410的控制。在本系统中，SPI接口充当ARM11和FPGA交互的桥梁，ARM11的命令和动作参数传给FPGA并启动FPGA处理状态机，FPGA动作的结果也通过SPI回传给ARM11，两者之间的通讯效率在系统中需要重点关注。
评估通讯接口时，利用三星提供的SPI驱动函数，系统运行在533MHz，SPI时钟配置为16MHz，程序在linux3.0环境下通过read/write进行操作，为了评估效率，另外采用一个GPIO输出脉冲指示操作过程，试验结果显示效率非常低下，从应用层执行write代码开始到SPI端口输出时钟，延时长达72μs，SPI操作之后，再回到应用层的下一个语句也延时42μs，对于比较少的数据传输情况，附加的额外等待时间远远长于实际传输有效时间，从前面数据看出，通过标准库调用严重影响系统性能，没法满足系统需求。通过查看驱动程序的源代码，可以发现因为驱动程序层层封装，并且包含应用层到内核的copy_from_user（）和内核到应用层的copy_to_user（）两次数据搬移，导致执行效率很低。为了提高数据交互效率，就要设法绕开数据搬移等时间开销，最好能直接操作寄存器，虽然这种想法与Linux分层驱动思想不相符合，但是在嵌入式系统中，有时需要高的执行效率，如果利用系统一些特定函数，实现高效率的数据交互从而完成设计目标是有必要和可能的。