[转]浅谈scatter-gather DMA

在正文开始之前需要先搞明白以下几个问题：
1. 什么是DMA？

DMA的中文名称叫做 直接内存访问，是一种不需要CPU参与，就能实现数据搬移的技术（从一个地址空间到另一个地址空间）。

2. DMA有什么用？

一定程度上解放CPU，对于实现  高效嵌入式系统 与  加速网络数据处理  有极其重要的作用。

3. DMA的实现简述

在实现DMA传输时，是由DMA控制器直接掌管总线，因此，存在着一个总线控制权转移问题。即DMA传输前，CPU要把总线控制权交给DMA控制器，而在结束DMA传输后，DMA控制器应立即把总线控制权再交回给CPU。一个完整的DMA传输过程必须经过DMA请求、DMA响应、DMA传输、DMA结束 4个步骤。

scatter-gather DMA 与 block DMA
传统的block DMA 一次只能传输物理上连续的一个块的数据， 完成传输后发起中断。而scatter-gather DMA允许一次传输多个物理上不连续的块，完成传输后只发起一次中断。 

传统的block DMA像这样：

先进的scatter-gather DMA像这样：

这样做的好处是直观的，大大减少了中断的次数，提高了数据传输的效率。

scatter-gather DMA的应用

dpdk在ip分片的实现中，采用了一种称作零拷贝的技术。而这种实现方式的底层，正是由scatter-gather DMA支撑的。dpdk的分片包采用了链式管理，同一个数据包的数据，分散存储在不连续的块中（mbuf结构）。这就要求DMA一次操作，需要从不连续的多个块中搬移数据。附上e1000驱动发包部分代码：

uint16_t
eth_em_xmit_pkts(void *tx_queue, struct rte_mbuf **tx_pkts,
        uint16_t nb_pkts)
{
    //e1000驱动部分代码
    ...
    m_seg = tx_pkt;
    do {
        txd = &txr[tx_id];
        txn = &sw_ring[txe->next_id];
 
        if (txe->mbuf != NULL)
            rte_pktmbuf_free_seg(txe->mbuf);
            txe->mbuf = m_seg;
 
        /*
        * Set up Transmit Data Descriptor.
        */
        slen = m_seg->data_len;
        buf_dma_addr = rte_mbuf_data_iova(m_seg);
 
        txd->buffer_addr = rte_cpu_to_le_64(buf_dma_addr);
        txd->lower.data = rte_cpu_to_le_32(cmd_type_len | slen);
        txd->upper.data = rte_cpu_to_le_32(popts_spec);
 
        txe->last_id = tx_last;
        tx_id = txe->next_id;
        txe = txn;
        m_seg = m_seg->next;
    } while (m_seg != NULL);
 
    /*
    * The last packet data descriptor needs End Of Packet (EOP)
    */
    cmd_type_len |= E1000_TXD_CMD_EOP;
    txq->nb_tx_used = (uint16_t)(txq->nb_tx_used + nb_used);
    txq->nb_tx_free = (uint16_t)(txq->nb_tx_free - nb_used);
    ...
}

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