dma 和 cache的一致性

在介绍 cache 一致性之前，先明确一些概念~
1、之前谈到内存空间的时候，我们知道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 : 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。
我们假设MEM里面有一块红色的区域，并且CPU读过它，于是红色区域也进CACHE：
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。
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。
所以cache 的最简单方法，自然是让CPU访问DMA 的时候也不带cache 。事实上，缺省情况下，()申请的内存缺省是进行配置的。
但是，由于现代SoC特别强，这样有一些SoC里面可以用硬件做CPU和外设的cache ，如图中的cache：
这些SoC的厂商就可以把内核的通用实现掉，变成()申请的内存也是可以带cache的。这部分还是让大牛Arnd 童鞋来解释：
来自：
Arnd ：
() is aa - ,
based on the. The
fromgives you ,. It is
that theuses a(which isby readl/
but not / or /)
tothe writeare .
If thesetsthan ,
thewill be , as it'sthat the
is set up for cache- DMAs.
当我grep内核源代码的时候，我发现部分SoC确实是这样实现的：
所以 ()申请的内存也是可以带cache的，这个要看硬件的，看厂商的，不过一般默认是不带cache的。
所以要解决cache的不一致性一般有三种方法。
1、一种是硬件方案，例如上面介绍的在SoC中集成了叫做“Cache”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，()申请的内存就没必要是非cache的了。
2、一种是软件上禁用 cache ( 机制 ------ 一致性映射)
3、一种是DMA( 机制 ------ 流式映射)
下面主要介绍一下后面两种情况~
工程中一般有两种情况，会导致 cache的不一致性，不过都有对应的机制。
（1）操作寄存器地址空间。
寄存器是CPU与外设交流的接口，有些状态寄存器是由外设根据自身状态进行改变，这个操作对CPU是不透明的。有可能这次CPU读入该状态寄存器，下次再读时，该状态寄存器已经变了，但是CPU还是读取的cache中缓存的值。但是寄存器操作在中是必须保证一致的，这是控制外设的基础，IO空间通过进行映射到内核空间。在映射寄存器地址时页表是配置为的。数据不走cache，直接由地址空间中读取。保证了数据一致性。
这种情况已经保证了data的一致性，应用场景简单。
（2）DMA申请的内存空间。
DMA操作对于CPU来说也是不透明的，DMA导致内存中数据更新，对于CPU来说是完全不可见的。反之亦然，CPU写入数据到DMA缓冲区，其实是写到了cache，这时启动DMA，操作DDR中的数据并不是CPU真正想要操作的。
这种情况是，CPU 和DMA 都可以异步的对mem 进行操作，导致data不一致性。
对于cpu 和 dma 都能访问的mem ，有专业的管理方式，分为两种：
1. 给DMA申请的内存，禁用 cache ，当然这个是最简单的，不过性能方面是有影响的。
2. 使用过程中，通过flush cache /cache 来保证data 一致性。
通用DMA层主要分为2种类型的DMA映射：
（1）一致性映射，代表函数：