android 使用SMD(共享内存)作為跨processes溝通媒介

首先我也是參考大陸筆者網站, 最近念到SMD的部分! 一樣的Qualcomm的處理器裡面有許多subsystem 個別子處理器負責不同sub system的正常運行, 而我讀到的是負責Wifi/BT/FM的WCN36x0 chip! 很有趣的歷史背景, 因為WCN3680這個chip你可以看見是Qualcomm買下的 Atheros 所製作…………..

前言: 多核間的通訊

在智慧型手機SOC平台中,為了保證個別功能在平台上的流暢運行,都會依照功能使用專門的處理器來處理。如在Qucalcomm MSM 7K 平台上,就包含了4 個處理器內核,Qucalcomm MSM 7K 平台採用ARM 9(mARM,modemARM)處理基帶業務;採用mDSP(Modem DSP)來處理協議protocol的事情;採用ARM 11(aARM ,application ARM)來負責Linux 操作系統的運行;採用aDSP(Application DSP)來處理多媒體業務方面的編/解碼加速工作。

在2010 年末,smartphone or Tablet 終端的CPU 得到了快速發展,高端的smart devices終端已經採用了Cortex-A8 的雙核處理器。而在平板電腦上,Nvidia 開發的基於Cortex-A9 的雙核處理器Tegra 2 則成了市場的寵兒。通信離不開memory記憶體的操作,在Qualcomm平台上,記憶體一般分為3種:基帶內存(Modem Memory)、應用記憶體(Application Memory)和共享記憶體,其中系統MPU保護基帶記憶體不被aARM接入,ARM MMU保護應用記憶體不被mARM接入。

共享內存share-meory

在Linux 中,實現進程通信的機制有很多種,如信號signal、管道Pipeline、信號量Semaphore 、消息隊列Message queue、共享內存share-meory和套接字socket等,但共享內存的方式效率最高。

共享內存是多核通信的物理基礎,其實現主要包括3 個部分:共享內存驅動(SMD,Shared Memory Driver)、共享內存狀態機(SMSM,Shared Memory State Machine)和共享內存管理器(SMEM,Shared Memory Manager)。
其中
SMD 用於多核之間的數據通信;
SMSM用於多核之間的狀態通信;
SMEM是一個底層的協議,是物理RAM共享內存的管理接口,是SMD和SMSM的基礎。

SMEM 具有兩種分配模式:動態SMEM 和靜態SMEM,
動態SMEM 根據需要實時分配,靜態SMEM則會預先分配。

SMEM的主要接口為:smem_alloc()、smem_find()、smem_init()等。
SMEM、SMD、SMSM的實現都需要硬件平台廠商提供支持。

同步與互斥- Synchronization and mutual exclusion

Share meomry用到了自旋鎖(spinlock)和互斥鎖(Mutual exclusion)的概念。
自旋鎖(spinlock)是Linux 內核的同步機制之一,與互斥鎖(Mutual exclusion)類似,但自旋鎖使用者一般保持鎖的時間非常短。自旋鎖的效率遠高於互斥鎖。
自旋鎖的定義位於 xxx\include\linux\spinlock_*.h文件中。

lock雖然被定義為無符號整數,但是實際上被當做有符號整數使用。
slock值為1 代表鎖未被佔用,值為0 或負數代表鎖被佔用。初始化時slock被置為1。
與信號量Semaphore和讀寫信號量導致調用者睡眠不同,自旋鎖spinlock不會引起調用者睡眠。如果自旋鎖已被別的執行單元保持,調用者就一直循環以確定是否該自旋鎖的保持者已經釋放了鎖。

由於自旋鎖spinlock適用的訪問共享資源的時間非常短, 導致自旋鎖spinlock通常應用於中斷上下文Interrupt Context訪問和對共享資源訪問文件非常短的場景中,如果被保護的共享資源在進程process上下文訪問,則應使用信號量。

與信號量Semaphore和讀寫信號量rw_semaphore在保持期間可以被搶占的情況不同,自旋鎖spinlock在保持期間是搶占失效的,自旋鎖只有在內核可搶占或SMP(Symmetrical Multi-Processing)的情況下才真正需要,在單CPU且不可搶占的內核下,自旋鎖spinlock的所有操作都是空操作。

由於smart devices平台上通常存在多個CPU 或DSP,自旋鎖的運用就顯得非常重要。
在mach-msm Kernel裡的SMD 和SMSM的實現上,自旋鎖spinlock主要運用於中斷處理、信道列表List_of_WLAN_channels和信道狀態Channel State Information的變更過程中,自旋鎖的定義如下:

互斥鎖主要用於實現Linux 內核中的互斥訪問功能,在mach-msm Kernel的SMD 的實現上,互斥鎖主要用於SMD 信道的打開或關閉過程。定義如下:

SMD 控制訊號傳遞

在Linux 中,基於SMD 的訊號傳遞是以channel的形式作為一個設備存在的,作為一種雙向信道Channel,其接口的實現遵循Linux 設備驅動規範。
在Qucalcomm 平台上,SMD 的緩衝buffer大小為8192bit,最大信道數為64,SMD的頭head大小為20bit。

SMD 的相關代碼實現主要位於 arch\arm\mach-msm目錄下。
主要文件包括: smd.c、smd_nmea.c、smd_qmi.c、smd_rpcrouter.c、smd_rpcrouter_clients.c、smd_rpcrouter_device.c、smd_rpcrouter_servers.c、smd_tty.c等。

SMD 信道Channel需要同時維護接收信道、發送信道的狀態和數據信息,SMD 的信道定義如下:

smd_private.h

SMD 初始化過程

msm_smd_init()

smd_channel_probe_worker()
– Scan for newly created SMD channels and init local structures so the channels are visable to local clients
==> scan_alloc_table(shared, &(r_info->ch_allocated[SMEM_NUM_SMD_STREAM_CHANNELS]), SEC_ALLOC_TBL, tbl_size / sizeof(*shared), r_info);

scan_alloc_table()

smd_alloc_channel(): 分配channel

開啟channel- Open the SMD channel

常見在wifi driver初始化過程中會呼叫, 或是該driver需要SMD的話就會打開SMD啦…
為了打開一個信道channel,首先要判斷SMD 信道是否已經初始化。
如果SMD 信道已經初始化,就根據信道channel名獲得信道channel,將信道channel加入到“smd_ch_list”信道列表中並設置該信道的狀態為SMD_SS_OPENING,然後調用notify_other_smd()函數通知其他的信道該信道已經激活enable。

在默認default情況下,其信道類型為SMD_APPS_MODEM,打開一個SMD信道的實現如下:

關閉信道- smd_close()

關閉信道的操作相對簡單,首先將信道從“smd_ch_list”信道列表中刪除,然後將信道狀態設置為SMD_SS_CLOSED,並將信道添加到“smd_ch_closed_list”信道列表中即可。關閉SMD 信道的實現如下:

channel內容讀取-1. smd_packet_read

packet channel的內容讀取涉及緩衝的複制、與其他SMD 的消息通信和包狀態的更新。
從packet channel讀取數據的實現如下:

channel內容讀取-2. smd_stream_read

流信道的內容讀取非常簡單,只需要調用ch_read()函數讀取數據並通知其他SMD 該信道處於打開狀態即可。
smd_stream_read 流信道讀取的實現如下:

流信道和包信道在讀取信道數據時,
都需要調用ch_read()函數來實現真正的數據讀取

ch_read()函數的實現如下:

信道寫入-smd_packet_write

在信道的數據寫入方面,同樣分為流信道數據的寫入和包信道數據的寫入兩種類型。向包信道中寫入數據的過程和讀取數據不同,在寫入數據前,要首先利用smd_stream_write_avail()函數判斷是否有數據可供寫入,在確定有可供寫入的數據的情況下才調用sm​​d_stream_write()函數執行數據的寫入操作。包信道寫入數據的實現如下

smd_stream_write流信道數據的寫入
和包信道數據的寫入不同,
其首先獲得下一段可用緩衝的指針,然後執行內存複製,流信道寫入數據的實現如下:

更仔細看 ch_write_buffer()

會提供指標給呼叫者, 也回傳寫入數目數字

FIFO 示意圖

更仔細看 ch_read_buffer()

會在FIFO中, 提供一個指標和可讀數據長度

SMD 是多核通信的基礎,
通過SMD,可以為系統提供RPC、DIAG、AT命令、NMEA(GPS數據)、數據服務、撥號等服務。

發表迴響

Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.