访问低延迟的PCI内存条(Linux)

Question

背景：

我有一个PCI卡，它基本上是一个时钟。它通过GPS获取时间，并将当前时间保存在特定的寄存器中。

目标：

我想一遍又一遍地读取有限数量的寄存器/字节(例如当前时间)，并使用尽可能低的延迟时间()。(时钟提供了非常高的精度，我认为我会放松精度，延迟时间越长。)操作系统是RedHat。程序设计语言为C/C++。我还想写到设备内存，这样延迟就不是问题了。

可能的办法：

我看到了这些方法。如果你看到另一个，请告诉我：

1. 编写Linux内核模块驱动程序，该驱动程序创建字符设备(或每个寄存器读取一个字符设备)。然后，用户空间应用程序可以对/dev/文件进行“读取”。
2. DMA
3. 通过用户空间应用程序(系统调用)将sysfs resourceX文件映射到用户空间。(比如这里 )
4. 编写Linux内核模块驱动程序，实现mmap文件操作。

问题：

1. 当涉及到寄存器的实际读取时，哪种方法具有最低的延迟？我知道mmap会在内核中造成大量开销，但据我所知，这只是用于初始化。
2. 第三条路是合法的吗？在我看来是个黑客。如何从应用程序自动确定/sys/路径？
3. 路3和路4之间有什么区别吗？我对PCI驱动程序编程很陌生，我想我不太明白way 4是如何工作的。我读过这 (和那本书的其他章节)，但也许你可以给我一个提示或者一个例子。我会很感激的。

Answer 1

方法3或4应能正常工作。它们之间在延迟方面没有区别。延迟时间约为100 ns。

如果您需要初始化设备，或者控制哪些应用程序可以访问它，或者一次强制执行一个读取器等，那么就需要方法4。方法3看起来有点麻烦，因为它跳过了所有这些。但如果你不需要这样的东西，那就更简单了。

字符设备的延迟肯定更高，因为每次读取该设备时，它都需要内核转换。

DMA方法的延迟完全取决于设备将时间写入内存的频率。CPU访问内存的延迟比MMIO低，但是如果设备每毫秒只执行DMA一次，那么这就是您的延迟。此外，该方法生成大量无用的DMA通信量，因为CPU读取值的频率远远低于写入的频率。

Answer 2

加上@prl的答案..。

方法3在我看来是完全合法的。这就是它的目的。您可能想看看内核文档文件：https://www.kernel.org/doc/Documentation/filesystems/sysfs-pci.txt

您还可以使用/sys文件系统来查找设备。首先，请注意时钟卡的供应商ID和设备ID (以及子系统供应商/设备(如果需要)，然后您可以轻松地遍历/sys/devices层次结构，查找匹配的设备(使用vendor、device等特殊文件)。一旦您找到它，您大概知道要从设备的数据表中打开哪个resourceN文件，然后在适当的偏移量处打开它，您就完成了。

这一切都假定您的设备已经配置和启用。通常，当系统启动时，不启用PCI设备来执行任何操作。有些驱动程序需要声明设备，并对其进行初始化/配置。一旦完成，如果只通过读取一两个寄存器就可以访问时间，您可以使用方法3 (我不确定: PCI设备可能是自初始化的，但我从未见过)。我认为至少需要一些东西来启用它的内存空间。如果设置足够小/足够简单，很可能可以从用户空间完成。)

与方法4的主要区别在于，控制设备的驱动程序将提供对允许区域被显式mmapd的支持。对于用户空间应用程序，除了所使用的设备名称之外，这两种方法之间没有什么差别。对于方法4，驱动程序可能会提供一个符号设备名称/dev/clock0或类似于用户空间应用程序使用的设备名称(并且假定应用程序不需要找到设备，它只知道打开设备文件名)。

在用户空间中，您将以与任何一种方法几乎相同的方式执行mmap操作。在方法4中，驱动程序内部提供映射的物理地址--可能还有偏移--而不是一般的PCI子系统，但不管是哪种方式，它都只是open + mmap。

Linux驱动程序编程并不是非常困难，但是如果您以前没有这样做，就会有一个很大的学习曲线，所以除非确实需要这样做，否则我肯定不会使用方法4。