标题dma如何保持和cache一致性

（1）一致性映射，代表函数：

    void *dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp);void dma_free_coherent(struct device *dev, size_t size, void *cpu_addr, dma_addr_t handle);

dma_alloc_coherent申请一片DMA缓冲区，以进行地址映射并保证缓冲区的Cache一致性。
2.流式DMA映射(DMA Streaming Mapping)

dma_addr_t dma_map_single(struct device *dev, void *cpu_addr, size_t size, enum dma_data_direction dir)
void dma_unmap_single(struct device *dev, dma_addr_t handle, size_t size, enum dma_data_direction dir)
void dma_sync_single_for_cpu(struct device *dev, dma_addr_t handle, size_t size, enum dma_data_direction dir)
void dma_sync_single_for_device(struct device *dev, dma_addr_t handle, size_t size, enum dma_data_direction dir)

在流式DMA映射场合，DMA传输通道所使用的缓冲区往往不是由当前驱动程序自身分配的，而且往往每次DMA传输都会重新建立一个流式映射的缓冲区。此外，由于无法确定外部模块传入的DMA缓冲区的映射情况，所以设备驱动程序必须小心地处理可能会出现的cache一致性问题。

（1）在向内传输（rx）时，DMA设备将数据写入内存后，DMAC将向CPU发出中断请求，在RX ISR中使用该内存之前，需要先InvalidateD-Cache（sync_single_for_cpu）使cache无效重填（refill），此时CPU通过高速缓存cache获得的才是最新的数据。
/* 确定中断是由对应的设备发来的*/

dma_unmap_single(dev->pci_dev->dev,dev->dma_addr,
dev->dma_size,dev->dma_dir);

/* 释放之后，才能访问缓冲区，把它拷贝给用户 */
2）在向外传输（tx）时，一种可能的情形是CPU构造的本地协议栈反馈包还在D-Cache中，故在send调用中需要先Flush D-Cache（sync_single_for_device）将数据写回（write back）到内存，使DMA缓存更新为最新鲜的待发送数据再启动DMA TX trigger。

说白了就是接收清cache操作sync_single_for_cpu，发送刷cache操作sync_single_for_device。

CPU的读/写用的是不同的cache（读用的是cache，写则用的是write buffer），所以建立流式DMA映射需要指明数据在DMA通道中的流向，以便由内核决定是操作cache还是write buffer。

Cache原理

CPU缓存（Cache Memory）是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存 读写速度不匹配的矛盾，因为CPU运算速度要比内存读写速度快很多，这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。在缓存中的数据是内存中的 一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。
DMA：
直接内存访问（DMA，Direct Memory Access）是一些计算机总线架构提供的功能，它能使数据从附加设备（如磁盘驱动器）直接发送到计算机主板的内存上。

1、内存空间包括 内存 和 寄存器空间。

2、CPU 、cache、内存、外设 之间的关系。以及 cache 一致性 是如何导致的
CPU写内存的时候有两种方式：

1. write through: CPU直接写内存，不经过cache。
2. write back: CPU只写到cache中。cache的硬件使用LRU算法将cache里面的内容替换到内存。通常是这种方式。

但是，假设现在DMA把外设的一个白色搬移到了内存原本红色的位置：

这个时候，内存虽然白了，CPU读到的却还是红色，因为CACHE命中了，这就出现了cache的不coherent。
当然，如果是CPU写数据到内存，它也只是先写进cache（不一定进了内存），这个时候如果做一个内存到外设的DMA操作，外设可能就得到错误的内存里面的老数据。

要解决 cache的不一致性 一般有4种方法。

1、一种是硬件方案，例如上面介绍的在SoC中集成了叫做“Cache Coherent interconnect”的硬件，它可以做到让DMA踏到CPU的cache或者帮忙做cache的刷新。这样的话，dma_alloc_coherent()申请的内存就没必要是非cache的了。

2、一种是软件上禁用 cache (kernel 机制 ------ 一致性映射)

3、一种是 DMA Streaming Mapping (kernel 机制 ------ 流式映射)
4、软件通过flush cache / invalid cache 来保证data 一致性。
DMA 从外设读取数据到供处理器使用时，可先进性invalidate 操作。这样将迫使处理器在读取cache中的数据时，先从内存中读取数据到缓存，保证缓存和内存中数据的一致性。
DMA 向外设写入由处理器提供的数据时，可先进性writeback 操作。这样可以DMA传输数据之前先将缓存中的数据写回到内存中。

参考
原文链接：https://blog.csdn.net/Adrian503/article/details/115536886