Memory Layout介绍

1. 概述

本文档介绍了SStar平台上特有的memory layout方式，以及与mma heap相关的一些基本概念。

2. MMAP

2.1. MMAP介绍

MMAP是memory map的简写，它是整个SOC系统内存Layout，如图2-1所示，MMAP内配置的内存分成两个部分。

  1. Hardware IP私有的内存。

  2. LX_MEM，Linux Kernel能使用的内存。

图2-1

每块内存的使用者必须保证自己不得越界，例如Linux kernel使用的内存由Linux内部机制保证，HW IP使用的内存由硬件保证。

LX_MEM有可能不止一块，例如某些SOC上会有双通道DDR，每个DDR上面会各自分配一块LX_MEM。还有某些特别的情况，一颗DDR上面可能会分配多个LX_MEM。多个LX_MEM的命名规则为LX_MEM1、LX_MEM2，以此类推。

在LX_MEM中由拉出来一块给MMA Heap使用，类似于Linux的cma，这部分内存是给MI SYS通过软件的方式动态分配给HW IP使用的内存池，而与MMAP中给Hardware IP私有的内存不同的，后者是静态分配的，它在系统初始化的时候就已经分配好，只有此IP独占。

注意：MMA Heap以及HW IP Layout分配出来的内存在物理上是连续的，LX_MEM中Linux Kernel使用的部分有可能会经过LINUX MMU转成虚拟地址，在物理上不连续。

每一颗DDR上都有对应的内存控制器(MIU)，所有的HW IP，不论是静态分配或者动态分配的内存，都会通过MIU才能访问到DDR。

由于SOC的版本众多，因而MMAP的版本也有很多，目前是以Chip Name来分类。

MMAP存放的路径:

ALKAID/project/board/$(CHIP)

例如某些chip有64MB，128MB，256MB之分，通过文件名就可判断。在Build config中会通过设置脚本变量MMAP = xxx配置其使用哪一个MMAP。

MMAP的文件虽然以.h为后缀，但是目前它不会编译进代码中，程序编译和运行时会以动态加载的方式导入内存，并通过私有的mmap parser函数进行解析，这部分会在后面的章节进行介绍。

2.2. MMAP在系统打包阶段的处理

上一节介绍过，Linux内核中的内存配置是看MMAP中的LX_MEM的位置和大小，原生的Linux kernel是在DTS中配置内存，SStar的平台比较特殊，为了一包kernel image兼容多个内存配置，它通过bootargs把内存大小和地址传递给kernel，如此就不用改动image的内存。

ALKAID的project中兼容了多个平台的打包流程，管理了非常多的build config，因此MMAP也有很多，如果靠人工维护build config中的LX_MEM，配置会非常繁琐且易出错，因此开发出了一个在build server上运行的应用程序，通过打包的shell执行，解析MMAP，获取一些字符串作为参数传递给bootargs中的LX_MEM。

代码路径：

ALKAID/project/image/makefiletools/src/mmappaser/

直接进入到此路径下执行gcc ./*.c -o mmappaser，会在当前目录下生成一个二进制可执行文件mmappaser。

目前mmappaser已经编译好放置在ALKAID/project/image/makefiletools/bin/，系统在打包的时候Makefile会自动找到此路径，并执行默认的mmappaser而不自动编译，如果有mmappaser的改动需求，请一并release编译好的可执行文件到bin文件夹下。

“mmappaser” 实现解析MMAP的代码与在板子起来后在板子上解析MMAP的代码是一样的，实现原理这里不再讨论，其目的只是为了配合编译系统，输出指定字段在MMAP中的值。

“mmappaser” 命令执行格式：

./mmappaser [MMAP Path] [CHIP] [cmd para0] [cmd para1]

“mmappaser” 执行后会以打印（printf）的形式输出结果，其结果可以被shell脚本获取作为参数值进行传递。打包阶段执行mmappaser的过程就是通过配置MMAP的路径和CHIP，自动化解析对应的字符串并作为系统参数值传递给bootargs的一个过程。

在板子上解析MMAP的文件存放路径在 /config/mmap.ini，此文件就是ALKAID/project/board/$(CHIP)/中的以.h为后缀的文件重命名得来。

“mmappaser” 获取某块内存的地址和size，地址分为物理地址以及MIU地址：

./mmappaser [MMAP Path] [CHIP] [MEMORY NAME] phyaddr

./mmappaser [MMAP Path] [CHIP] [MEMORY NAME] miuaddr

./mmappaser [MMAP Path] [CHIP] [MEMORY NAME] size

Makefile/Shell脚本示例：

文件： ALKAID/project/setup_config.sh

图2-2

编译执行setup_config.sh会在config/current.configs中自动添加类似字段：

KERNEL_MEMADR = $(shell /home/malloc.peng/ALKAID/project/image/makefiletools/bin/mmapparser /home/malloc.peng/ALKAID/project/board/$(CHIP)/mmap/$(MMAP) $(CHIP) E_LX_MEM phyaddr)

KERNEL_MEMLEN = $(shell /home/malloc.peng/ALKAID/project/image/makefiletools/bin/mmapparser /home/malloc.peng/ALKAID/project/board/$(CHIP)/mmap/$(MMAP) $(CHIP) E_LX_MEM size)

2.3. Bootarg内存配置

上一节提到，在系统打包的过程中会自动解析MMAP中的LX_MEM字段获取地址和大小，并把它作为bootargs传递给linux kernel。

打包完成后在系统的set_config中如下显示：

图2-3

LX_MEM是miu0上的内存大小，默认从头地址开始，不得修改，如果配置LX_MEM2，则需要添加物理地址起始值。例如有多个LX_MEM的配置：

图2-4

Bootargs中还有mma heap的配置，其设置并不能自动生成，它会根据build config中通过手动修改，后面章节会再介绍。

2.4. MMAP在系统初始化阶段的处理

MMAP在初始化阶段处理分为两部分：

  1. 在Linux kernel初始化阶段读取bootargs的处理

    Code 路径：

    kernel/driver/sstar/cpu/memory.c

    通过kernel标准的流程解析bootargs中相关字段。

    图2-5

    图2-6

    函数： void __init prom_meminit(void)，会在系统初始化的时候执行，其中主要的逻辑会先把dts中配置的内存移除，再把bootargs中的内存添加进系统。

    图2-7

  2. Linux Kernel加载完毕后在MI_SYS阶段的处理：

    kernel初始化阶段只会使用MMAP中LX_MEM的部分，在MI_SYS中会读取MMAP中所有的配置，并存在私有的结构体中。

    使用命令/config/dump_mmap可以dump出SYS读取的mmap配置:

    图2-8

2.5. SCA工具修改MMAP

MMAP中的地址偏移量和size的修改比较繁琐，不建议手工修改MMAP文件，推荐使用SCA工具修改。

  1. 打开

    图2-9

  2. 添加

    图2-10

  3. 修改

    内存修改包括buf的大小改动，位置改动，以及调整整个DDR的大小，任何内存大小改动后，都应当把内存填满，不得有内存溢出或者遗漏，否则在保存的时候会报错。

    图2-11

  4. 删除

    图2-12

  5. 保存

    按’Save’按钮进行保存。

2.6. Linux可用内存计算

通过命令cat/proc/meminfo可以得出当前kernel中可以使用的内存大小，此内存大小由以下公式得出。

Meminfo 内存大小 = （ Bootargs中配置所有LX_MEM大小之和） - （所有MMA的size + Kernel reserve 5M）

2.7. 特殊layout举例

128MB + 128MB 带DLA MMAP

图2-13

图2-14

从上图可知，有两个DDR，所以LX_MEM会分配两块，在MIU1上有layout一块DLA的内存，DLA的输入内存是从DIVP的output端口出来的，而DLA对内存的地址要求必须在它自己FW地址的后面，因此可以看到在E_MMAP_ID_DLA之后有layout了一块LX_MEM2。

DIVP使用的输出内存必须配置到E_LX_MEM2上DLA才能读到，所以mma heap配置上会单独配置一块mma_heap_name1给divp使用，使其输出的内存地址在miu1的E_LX_MEM2中，参考bootargs配置：

LX_MEM=0x7f00000 LX_MEM2=0xa6000000,0x2000000 mma_heap=mma_heap_name0,miu=0,sz=0x5000000 mma_heap=mma_heap_name1,miu=1,sz=0x500000 mma_heap=mma_heap_name2,miu=1,sz=0x1800000

3. MMA HEAP

3.1.配置以及Dump

通过修改bootargs中的mma_heap字段可以动态地修改mmap heap的大小。在每个project的build config中都会针对应用场景配置一个默认的mma heap size，这个大小只是预估值，FAE可以在现场针对客户的应用场景精确计算大小。

Mmap_heap配置的几个flag：

  1. mma_memblock_remove=1

    此flag代表是否把kernel reserve出来给mma的内存从kernel内存部分移除。

  2. max_start_off=$(MMA_START_OFFSET)

    Mma从kernel reserve出来的内存尾地址不得超过$(MMA_START_OFFSET)，否则申请失败。

    Dump mma:

    cat /proc/mi_modules/mi_sys_mma/mma_heap_name0

    cat /proc/mi_modules/mi_sys_mma/mma_heap_name1

3.2. 物理地址以及MIU地址

物理地址是HW design上，"CPU"存取DRAM的physical地址

譬如双通道ddr的CPU存取MIU0的起始物理地址为0x20000000，MIU1的起始物理地址为0xA0000000。

MIU地址是HW IP通过MIU访问DRAM的地址，MIU0的地址从0x0开始，MIU1从0x80000000开始。