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<head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"/><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"/><meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge"/><meta name="description" content="CMA Linux-3.5 引入了一套 Contiguous Memory Allocator，简称 CMA，基于 DMA 映射框架为内核提供连续大块内存的申请和释放。CMA 主要思路是将预留内存纳入 DMA 映射管理，可以给系统内所有设备共享使用，这样就既解决了为 GPU、Camera、显示等图像处理类模块预留大块的连续内存，又解决了预留内存被空置的问题，提升内存使用率。 CMA ..."/><meta name="DC.rights.owner" content="(C) 版权 2025"/><meta name="copyright" content="(C) 版权 2025"/><meta name="generator" content="DITA-OT"/><meta name="DC.type" content="concept"/><meta name="DC.contributor" content="yan.wang"/><meta name="DC.date.modified" content="2024-12-04"/><meta name="DC.format" content="HTML5"/><meta name="DC.identifier" content="display_preserve_memory_managment_process"/><meta name="DC.language" content="zh-CN"/><title>预留内存管理流程</title><!-- Build number 2023110923. --><meta name="wh-path2root" content="../../../"/><meta name="wh-toc-id" content=""/><meta name="wh-source-relpath" content="topics/sdk/display/display_mem_managment.dita"/><meta name="wh-out-relpath" content="topics/sdk/display/display_mem_managment.html"/>
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<div class=" wh_topic_content body "><main role="main"><article class="- topic/topic concept/concept topic concept" role="article" aria-labelledby="ariaid-title1"><span class="edit-link" style="font-size:12px; opacity:0.6; text-align:right; vertical-align:middle"><a target="_blank" href="http://172.16.35.88/tasks/jdssno1uvvbf2mltu9kb9v3if05d5gopuakboe8hlud18rma/edit/F:/aicdita/aicdita-cn/topics/sdk/display/display_mem_managment.dita">Edit online</a></span><h1 class="- topic/title title topictitle1" id="ariaid-title1">预留内存管理流程</h1><div class="date inPage">4 Dec 2024</div><div style="color: gray;">
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Read time: 4 minute(s)
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</div><div class="- topic/body concept/conbody body conbody"><section class="- topic/section section" id="display_preserve_memory_managment_process__section_w5d_21g_d1c" data-ofbid="display_preserve_memory_managment_process__section_w5d_21g_d1c"><h2 class="- topic/title title sectiontitle">CMA</h2><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e25__20250121171819">Linux-3.5 引入了一套 Contiguous Memory
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Allocator，简称 CMA，基于 DMA 映射框架为内核提供连续大块内存的申请和释放。CMA 主要思路是将预留内存纳入 DMA
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映射管理，可以给系统内所有设备共享使用，这样就既解决了为
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GPU、Camera、显示等图像处理类模块预留大块的连续内存，又解决了预留内存被空置的问题，提升内存使用率。</p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e27__20250121171819">CMA
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本身不是一套分配内存的算法，它的底层仍然要依赖伙伴算法系统来支持，可以理解为 CMA 是介于 DMA mapping 和内存管理之间的中间层。</p><div class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e29__20250121171819"><br/><div class="imagecenter"><img class="- topic/image image imagecenter" id="display_preserve_memory_managment_process__image_x5d_21g_d1c" src="../../../images/display/display_lb_cma.png" width="384" alt="cma"/></div><br/></div><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e33__20250121171819">CMA 的具体功能有：</p><ol class="- topic/ol ol" id="display_preserve_memory_managment_process__ol_y5d_21g_d1c" data-ofbid="display_preserve_memory_managment_process__ol_y5d_21g_d1c"><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e36__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e38__20250121171819">在系统的启动过程中，根据内核编译配置、或者 DTS 配置将内存中某块区域用于 CMA，然后内核中其他模块可以通过 DMA 的接口 API
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申请连续内存，这块区域我们称之为 CMA area。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e41__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e43__20250121171819">提供 cma_alloc()和 cma_release()两个接口函数用于分配和释放 CMA pages。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e46__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e48__20250121171819">记录和跟踪 CMA area 中各个 pages 的状态。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e51__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e53__20250121171819">调用伙伴系统接口，进行真正的内存分配。</p>
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</li></ol><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e56__20250121171819"><strong class="+ topic/ph hi-d/b ph b">CMA 主要接口</strong></p><ol class="- topic/ol ol" id="display_preserve_memory_managment_process__ol_z5d_21g_d1c" data-ofbid="display_preserve_memory_managment_process__ol_z5d_21g_d1c"><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e60__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e62__20250121171819">CNA area 的声明</p>
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<div class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e65__20250121171819">setup_bootmem() -> dma_contiguous_reserve()，定义在
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<span class="+ topic/ph sw-d/filepath ph filepath">kernel/dma/contiguous.c</span>，其中有确定 CMA area size
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的代码如下：<pre class="+ topic/pre pr-d/codeblock pre codeblock language-c" id="display_preserve_memory_managment_process__codeblock_yvp_g1g_d1c" data-ofbid="display_preserve_memory_managment_process__codeblock_yvp_g1g_d1c">#ifdef CONFIG_CMA_SIZE_SEL_MBYTES
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selected_size = size_bytes;
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#elif defined(CONFIG_CMA_SIZE_SEL_PERCENTAGE)
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selected_size = cma_early_percent_memory();
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#elif defined(CONFIG_CMA_SIZE_SEL_MIN)
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selected_size = min(size_bytes, cma_early_percent_memory());
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#elif defined(CONFIG_CMA_SIZE_SEL_MAX)
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selected_size = max(size_bytes, cma_early_percent_memory());
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#endif</pre></div>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e73__20250121171819">然后会调用 dma_contiguous_reserve_area() -> cma_declare_contiguous() 去初始化 CMA
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的配置参数。</p>
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<div class="- topic/note note note note_note" id="display_preserve_memory_managment_process__note_xhx_g1g_d1c" data-ofbid="display_preserve_memory_managment_process__note_xhx_g1g_d1c"><span class="note__title">注：</span>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e78__20250121171819">计算 CMA 内存大小的过程中，size_bytes 来源于内核编译配置中 CONFIG_CMA_SIZE_MBYTES，通过计算将 size
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限定在 4 MB 对齐。</p>
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</div>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e82__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e84__20250121171819">CMA 初始化</p>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e87__20250121171819">见 <span class="+ topic/ph sw-d/filepath ph filepath">mm/cma.c</span> 中的 cma_init_reserved_areas() ->
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init_cma_reserved_pageblock()，其中会设置 page 属性为 MIGRATE_CMA。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e93__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e95__20250121171819">申请 CMA</p>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e98__20250121171819">使用 DMA 标准接口 dma_alloc_coherent() 和 dma_alloc_wc()，会间接调用
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dma_alloc_from_contiguous()。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e101__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e103__20250121171819">释放 CMA</p>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e106__20250121171819">使用 DMA 标准接口 dma_free_coherent()。</p>
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</li></ol></section><section class="- topic/section section" id="display_preserve_memory_managment_process__section_gvd_21g_d1c" data-ofbid="display_preserve_memory_managment_process__section_gvd_21g_d1c"><h2 class="- topic/title title sectiontitle">DMA-BUF</h2><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e112__20250121171819">CMA
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解决的是预留内存空闲期间如何给其他设备共享的问题，DMA-BUF 解决的是使用期间多个设备共享的问题、以及内核态和用户态如何共享内存的问题。DMA-BUF
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可减少多余的拷贝，提升系统运行效率。</p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e114__20250121171819">DMA-BUF 最初原型是 hrbuf，于 2011 年首次提出，实现了 “Buffer Sharing”
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的概念验证。shrbuf 被社区重构变身为 DMA-BUF，2012 年合入 Linux-3.3 主线版本。</p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e116__20250121171819">DMA-BUF 被广泛用在多媒体驱动中，尤其在
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V4L2、DRM 子系统中经常用到。</p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e118__20250121171819"><strong class="+ topic/ph hi-d/b ph b">DMA-BUF vs ION</strong></p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e121__20250121171819">从 Linux-5.6 开始，DMA-BUF 正式合入了原来 ION 的 heap 管理功能，社区的主分支是打算抛弃 ION 了。在 Linux-5.11，主分支已经删除了
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<span class="+ topic/ph sw-d/filepath ph filepath">drivers/staging/android/ion</span> 代码，原因是“原厂对 ION
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的支持在社区中不太活跃，很难持续更新 ION”，而且 ION 还带来了几个 break。</p><ol class="- topic/ol ol" id="display_preserve_memory_managment_process__ol_hvd_21g_d1c" data-ofbid="display_preserve_memory_managment_process__ol_hvd_21g_d1c"><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e127__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e129__20250121171819">ION 有大量的 heap 逻辑管理，而 DMA-BUF 的 heap 更多是分配接口上的管理（社区更容易接受）。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e132__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e134__20250121171819">ION 是生产一个字符设备 /dev/ion，而 DMA-BUF 为每个 heap 生成一个字符设备，便于用户态的 heap 区分和权限管理。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e137__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e139__20250121171819">ION 限制最多 32 个 heap，DMA-BUF 没有这个限制。</p>
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</li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e142__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e144__20250121171819">DMA-BUF 中实现了两个初始的 heap：system heap 和 cma heap，与原 ION 中的功能类似，但做了很大简化（为了方便社区
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review），删掉原来 ION 中针对 system、cma 做过的一些优化，涉及 uncached buffers、large page
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allocation、page pooling 和 freeing。 DMA-BUF 中的 CMA，只添加了 CMA
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区域。原 ION 中的 CMA 是添加了所有 DMA 区域。</p>
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</li></ol><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e147__20250121171819"><strong class="+ topic/ph hi-d/b ph b">工作机制</strong></p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e150__20250121171819">为了解决各个驱动之间的 buffer 共享问题，DMA-BUF 将 buffer 与 file 结合使用，让 DMA-BUF
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既是一块物理 buffer，同时也是个 Linux 标准 file。典型的应用框图如下：</p><div class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e152__20250121171819"><br/><div class="imagecenter"><img class="- topic/image image imagecenter" id="display_preserve_memory_managment_process__image_ivd_21g_d1c" src="../../../images/display/dma_buf.png" width="384" alt="dma_buf1"/></div><br/></div><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e156__20250121171819">分配 buffer 的模块为 exporter，使用该 buffer 的模块为 importer。</p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e159__20250121171819">DMA-BUF
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支持连续物理内存、散列物理内存的 buffer 管理。ArtInChip 平台目前只支持连续物理内存的 DMA-BUF。</p><div class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e161__20250121171819"><strong class="+ topic/ph hi-d/b ph b">主要接口</strong><ul class="- topic/ul ul" id="display_preserve_memory_managment_process__ul_pln_41g_d1c" data-ofbid="display_preserve_memory_managment_process__ul_pln_41g_d1c"><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e165__20250121171819">内核空间<ul class="- topic/ul ul" id="display_preserve_memory_managment_process__ul_qxn_n1g_d1c" data-ofbid="display_preserve_memory_managment_process__ul_qxn_n1g_d1c"><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e168__20250121171819">作为 exporter<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e170__20250121171819">注册接口 <span class="+ topic/keyword pr-d/apiname keyword apiname">dma_buf_export()</span></p></li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e174__20250121171819">作为
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importer<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e176__20250121171819">获取 buf 的接口：<span class="+ topic/keyword pr-d/apiname keyword apiname">dma_buf_get</span>,``dma_buf_attach()``,``dma_buf_map_attachment``。</p></li></ul></li><li class="- topic/li li" data-ofbid="d313808e181__20250121171819">
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e183__20250121171819">用户空间</p>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e186__20250121171819">通过 ioctl 来管理 DMA-BUF。</p>
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</li></ul></div><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e189__20250121171819"><strong class="+ topic/ph hi-d/b ph b">基于 DMA-BUF 的 Video Layer buffer 管理</strong></p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e192__20250121171819">UI Layer 的 buffer，由
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driver 申请，通过 /dev/fb0 透传到用户态，用户态使用 mmap() 实现 buffer 共享。</p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e194__20250121171819">但对于 Video Layer 的
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buffer，情况有所不同，申请多大 buffer、多少个 buffer 都是由应用场景确定，所以应该是用户态发起申请。同时这个 buffer
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还要满足物理连续的特性，DE 硬件才能用来做图层叠加处理。</p><div class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e196__20250121171819">
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<br/><div class="imagecenter"><img class="- topic/image image imagecenter" id="display_preserve_memory_managment_process__image_mvd_21g_d1c" src="../../../images/display/dma_buf_heap.png" width="288" alt="dma_buf_heap"/></div><br/>
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</div><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e202__20250121171819">左图，是 ION 时代的使用方法，新版 Linux（Linux-5.6 以后）的 DMA-BUF 已经支持了 heap 功能，从功能上完全可以替代
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ION。对用户态来说，看到的差别不再是单一的 /dev/ion 设备节点，而是有多个 /dev/* 设备节点，比如 CMA heap 会生成
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/dev/dma_heap/reserved，System heap 会生成 /dev/dma_heap/system。</p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e204__20250121171819">使用 DMA-BUF
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的情况下，APP 和 fb 驱动共享 buffer 的初始化流程如下图所示：</p><div class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e206__20250121171819"><br/><div class="imagecenter"><img class="- topic/image image imagecenter" id="display_preserve_memory_managment_process__image_nvd_21g_d1c" src="../../../images/display/dma_buf_app.png" width="288" alt="dma_buf_app"/></div><br/></div><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e210__20250121171819">其中第 3 步的操作比较啰嗦，fb 驱动根据 APP 传来的一组 fd[]，逐个去向 DMA-BUF 模块申请以下资源：dma_buf -> attatch
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-> sg_table -> dma_addr_t，并将这组资源保存在本地（struct aic_de_dmabuf），用于释放
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DMA-BUF。</p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e212__20250121171819">这里面有一个假设：sg_table 中只有一个 sg。也就是说单个 DMA-BUF 必须是物理连续的，不能是多块 buf
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拼起来的，否则物理地址 dma_addr_t 就不能代表多块 buf
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的起始地址。</p><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e215__20250121171819">对于释放过程，APP 需要先通知 FB 驱动要释放的 fb[]，然后再使用用户态文件接口 close()逐个关闭 fb[]。</p><div class="- topic/note note note note_note" id="display_preserve_memory_managment_process__note_pc3_q1g_d1c" data-ofbid="display_preserve_memory_managment_process__note_pc3_q1g_d1c"><span class="note__title">注：</span>
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<p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e219__20250121171819">之所以申请“一组 fd[]”，是因为 video 播放过程中为了边显示边解码，至少需要两套 Buffer 来实现乒乓效果（实际应用中为了更流畅，可能还需要申请多套
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Buffer 构成循环
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Buffer）。这里说的“一套 Buffer”对应视频的一帧数据，而一帧视频数据往往分成 YUV 三个分量，每个分量在解码过程中是需要分别处理（对应 DE 寄存器中 addr0、addr1、addr2），所以“一套 Buffer”应该是
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Y、U、V 共 3 个 Buffer。对于乒乓结构的 Buffer，就需要申请 3*2=6 个 BUF 的 fd。</p>
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</div><p class="- topic/p p" data-ofbid="d313808e222__20250121171819">UI Layer 的 buffer 申请，是直接调用通用 DMA 接口 <span class="+ topic/keyword pr-d/apiname keyword apiname">dma_alloc_coherent()</span>，最终在
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CMA 内存中分配。这样并不影响 Video Layer 的 buffer 走 DMA-BUF 申请，CMA 模块内部会处理好来自各种接口的 Buffer
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申请。</p></section></div></article></main></div>
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<div class=" wh_topic_toc "><div class="wh_topic_label">在本页上</div><ul><li class="section-item"><div class="section-title"><a href="#display_preserve_memory_managment_process__section_w5d_21g_d1c" data-tocid="display_preserve_memory_managment_process__section_w5d_21g_d1c">CMA</a></div></li><li class="section-item"><div class="section-title"><a href="#display_preserve_memory_managment_process__section_gvd_21g_d1c" data-tocid="display_preserve_memory_managment_process__section_gvd_21g_d1c">DMA-BUF</a></div></li></ul></div>
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Update Time: 2025-01-21
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