Linux 内核实战：Amlogic Meson DDR 带宽 PMU（meson_ddr_bw）perf 事件与过滤机制详解

Linux 内核实战Amlogic Meson DDR 带宽 PMUmeson_ddr_bwperf 事件与过滤机制详解【免费下载链接】linuxLinux kernel source tree项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/li/linux本文基于 Linux 内核文档 meson-ddr-pmu.rst 展开讲解 Amlogic Meson G12 系列 SoC 内置的 DDR 带宽性能监控单元PMU如何用它通过perf命令测量系统总带宽与各通道带宽、如何用 AXI 端口过滤关键字arm、gpu、pcie等定位“性能瓶颈是否在 DDR 带宽上”并结合 核心驱动 与 G12 硬件实现 源码剖析 100ms 定时器中断累加、16 字节计数粒度、设备树配置与 CPU 热插拔迁移等底层机制。读完本文你可以在 Amlogic 平台上独立完成 DDR 带宽的采集、分通道拆解与按 IP 模块归因分析。1. 硬件背景DRAM 控制器内部的带宽监控器Amlogic Meson G12 SoC 的 DRAM 控制器DMC内部集成了一台带宽监控器bandwidth monitor。其基本能力包括4 个计数通道每个通道都可以对访问 DRAM 的请求进行计数AXI 端口过滤每个通道可以映射并统计指定的 AXI 端口来自 SoC 内各个 IP 模块的 DDR 访问请求从而区分“是谁在消耗带宽”典型用途判断系统性能瓶颈是否出在 DDR 带宽上——例如 GPU 解码、以太网转发、eMMC 读写等场景下单独观察对应 IP 的带宽占用。这一点直接决定了驱动的软件形态它不是一个按 CPU 采样的 PMU而是一个系统级system-wide带宽计数器 PMU通过定时器周期性读硬件计数器并累加最终换算成 MB 单位的带宽数据。驱动由两层构成文件职责meson_ddr_pmu_core.c通用 PMU 框架层perf 事件生命周期、sysfs 事件/单位/缩放属性、中断累加、CPU 热插拔迁移meson_g12_ddr_pmu.cG12 硬件层寄存器定义、PLL 频率推算、定时器/过滤/计数寄存器操作以及 g12a/g12b/sm1 三套平台配置编译入口在 Kconfig 中的CONFIG_MESON_DDR_PMUtristateAmlogic DDR Bandwidth Performance Monitor依赖ARCH_MESON || COMPILE_TESTMakefile 将两个目标文件合并为meson_ddr_pmu_g12.o。2. perf 事件模型total 与 4 个通道事件文档明确指出当前驱动支持5 个 perf 事件meson_ddr_bw/total_rw_bytes/ meson_ddr_bw/chan_1_rw_bytes/ meson_ddr_bw/chan_2_rw_bytes/ meson_ddr_bw/chan_3_rw_bytes/ meson_ddr_bw/chan_4_rw_bytes/其中chan_{1,2,3,4}_rw_bytes是通道特定事件每个通道都支持过滤可以让某通道只监控 SoC 中的某个特定 IP 模块。从源码结构看通用层的能力上限其实更大meson_ddr_pmu_core.c 的meson_ddr_perf_event_update()处理了ALL_CHAN_COUNTER_ID以及CHAN1_COUNTER_ID~CHAN8_COUNTER_ID共 9 种事件 ID定义于 include/soc/amlogic/meson_ddr_pmu.h事件属性表也预置了 8 个通道L270-L280。而 fill_event_attr() 在 probe 时按平台chann_nr动态填充 sysfs 属性——G12A/G12B/SM1 三套dmc_hw_info均为chann_nr 4meson_g12_ddr_pmu.c L314-L351因此 sysfs 下实际暴露的就是文档所述的 5 个事件。PMU 注册名为meson_ddr_bwDDR_PERF_DEV_NAME宏L32注册时 cpu 传-1L534表示这是非 CPU 事件源必须用-a系统级方式使用。2.1 单位与缩放为什么原始计数要乘 1.52587890625e-05perf 框架会通过/sys/bus/event_source/devices/meson_ddr_bw/events/event.unit和.scale两个属性把原始计数换算成带单位的显示值。驱动中两者分别是unit MB见 event_show_unit()scale 1.52587890625e-05见 event_show_scale()注释写明one count 16 byte即硬件每记 1 次代表传了 16 字节16 / 1e6 1.52587890625e-05 MB。所以perf输出的带宽数值 原始计数 × 16 字节再换算为 MB。理解这一点后就能正确解读perf stat的period/计数值。2.2 使用限制只支持系统级统计不支持采样meson_ddr_perf_event_init() 中有三条硬性检查使用时要注意if (is_sampling_event(event) || event-attach_state PERF_ATTACH_TASK) return -EOPNOTSUPP; if (event-cpu 0) return -EOPNOTSUPP;不支持 sampling不能写period采样不支持绑定到 task不能perf record -p pid单进程模式必须-a全系统采集过滤参数个数受限通道事件的config1/config2置位总数超过MAX_AXI_PORTS_OF_CHANNEL定义为 4L33时返回-EOPNOTSUPP。注意文档正文描述为“每个通道可同时统计至多 3 个 AXI 端口”而源码的校验上限是 4——以实际内核版本源码中的校验逻辑为准。3. 通道过滤关键字把带宽按 IP 模块拆开chan_*_rw_bytes事件的强大之处在于过滤在事件参数中用关键字1的形式声明要统计的 AXI 端口perf 会把它们编码进config1/config2驱动再据此写硬件的端口-通道映射寄存器。文档列出的 DDR 访问请求过滤关键字共 25 个结合 meson_g12_ddr_pmu.c 中PMU_FORMAT_ATTR的定义对应的config1位号如下关键字含义来源 IPconfig1 位armCPU0gpu3D GPU1pciePCIe 控制器2hdcpHDCP 控制器3hevc_frontHEVC 解码前端4usb3_0USB3.0 控制器6hevc_backHEVC 解码后端8h265encHEVC 编码器9vpu_read1OSD VPP 读16vpu_read2DI 读17vpu_write1VDIN 写19vpu_write2DI 写20vdec传统编解码器视频解码器21hcodecH264 编码器22ge2dge2d 2D 图形引擎23spicc1SPI 控制器 132usb0USB2.0 控制器 033dma系统 DMA 控制器 134arb0arb0 仲裁器35sd_emmc_bSD/eMMC b 控制器36usb1USB2.0 控制器 137audioAudio 模块38sd_emmc_cSD/eMMC c 控制器43spicc2SPI 控制器 244ethernet以太网控制器45几个值得注意的实现细节config1与config2的拼接sysfs format 属性声明的是config1:0~45在 meson_ddr_perf_event_add() 中config1的每个置位 biti映射为 AXI idiconfig2的每个置位 biti则映射为 AXI idi 64。也就是说 format 组中只暴露config1perf 工具按标准 PMU 格式约定自动拆分高位参数。不同芯片可见的关键字不同meson_ddr_perf_format_attr_visible() 会用平台capability位掩码过滤 format 属性的可见性。三套平台的掩码分别为 g12a0x7EFF00FF03DF、g12b0x7FFF00FF3FDF、sm10x7EFF00FF07DFL314-L351。例如nnaconfig1:10在注释中标注“for sm1 and g12b”gdc/mipi_isp/arm1/sd_emmc_a标注“for g12b only”。因此某台机器上/sys/bus/event_source/devices/meson_ddr_bw/format/里能列出哪些过滤项取决于具体芯片。源码中还存在文档未列出的过滤项如device、vpu_read3、aififo、parser、sana等见 L44-L84是否可用同样受上述 capability 掩码控制。“device” 端口的子端口机制config1:7是device这一聚合端口在 dmc_g12_config_fiter() 中AXI id ≥ 32PORT_MAJOR会被视为 device 端口的子端口先置位BIT(23)选择 device再在rs寄存器中按子端口位置位。4. 实操用 perf 采集 DDR 带宽以下命令直接来自原文档示例要求内核开启CONFIG_MESON_DDR_PMU且设备树中存在对应节点用户态安装perf工具。4.1 每秒输出系统总 DDR 带宽perf stat -a -e meson_ddr_bw/total_rw_bytes/ -I 1000 sleep 10-a全系统采集该 PMU 不支持 task 级绑定见第 2.2 节-I 1000每 1000ms 输出一行得到“每秒带宽”的曲线事件值单位为 MB.unit 属性计数粒度 16 字节.scale 属性。4.2 分别统计 CPU 与 GPU 的 DDR 带宽并求和perf stat -a -e meson_ddr_bw/chan_1_rw_bytes,arm1/ -I 1000 sleep 10 perf stat -a -e meson_ddr_bw/chan_2_rw_bytes,gpu1/ -I 1000 sleep 10 perf stat -a -e meson_ddr_bw/chan_3_rw_bytes,arm1,gpu1/ -I 1000 sleep 10三条命令的分工chan_1过滤arm1只统计 CPUARM 核发起的 DDR 访问chan_2过滤gpu1只统计 3D GPU 的 DDR 访问chan_3同时过滤arm1,gpu1统计两者之和可与前两条交叉验证。每条命令占用一个硬件通道这正是“4 通道可同时监控”的用法——例如可以同时挂起 4 个chan_*事件把 CPU、GPU、PCIe、以太网各自拆到独立通道上并行观测。注意每个通道上叠加的过滤项不得超过第 2.2 节所述的端口上限。5. 底层实现100ms 硬件定时器 中断累加理解带宽数字是怎么产生的关键在 G12 硬件层的 enable/IRQ/get_counters 三条路径。5.1 寄存器布局带宽监控寄存器偏移均按 4 字节字编址偏移宏地址用途DMC_MON_G12_CTRL00x00全局控制使能、用定时器、4 通道使能位、bit30 为 QoS/计时中断标志DMC_MON_G12_CTRL1~CTRL80x04~0x204 组通道的端口映射寄存器对CTRL1/2、CTRL3/4、CTRL5/6、CTRL7/8DMC_MON_G12_ALL_REQ_CNT0x24总请求计数DMC_MON_G12_ALL_GRANT_CNT0x28总带宽grant计数DMC_MON_G12_ONE_GRANT_CNT~FOR_GRANT_CNT0x2C~0x3C通道 1~4 各自带宽计数DMC_MON_G12_TIMER0x40定时器重载值定义见 meson_g12_ddr_pmu.c L24-L40。5.2 定时器周期如何确定从 PLL 寄存器反推 DDR 频率定时器以 DDR 时钟为时基因此要先知道 DDR 频率。dmc_g12_get_freq_quick() 直接读取设备树第二个 reg 指向的 PLL 寄存器按xtal(24MHz) × m/n ÷ od1 ÷ od_div推算DEFAULT_XTAL_FREQ固定 24MHzod_div由寄存器位域映射为 2/3/4/6/8。然后 dmc_g12_counter_enable() 执行unsigned long clock_count dmc_g12_get_freq_quick(info) / 10; /* 100ms */ writel(clock_count, info-ddr_reg[0] DMC_MON_G12_TIMER); /* CTRL0: bit31 使能 | bit20 用定时器 | 低 4 位使能 4 通道 */即定时器周期固定为100ms。5.3 中断处理与软件侧累加计数器在定时器到期中断中被读取。dmc_irq_handler()通用层调用硬件层 dmc_g12_irq_handler()后者检查CTRL0的DMC_QOS_IRQBIT(30)置位则读出全部计数器并写回CTRL0清中断。通用层随后把本次读到的计数累加进pmu-countersall_cnt/all_req/每通道channel_cnt[i]结构见 meson_ddr_pmu.h L26-L36并在pmu_enabled时重新调用hw_info-enable()——源码注释解释了原因the timer interrupt only supports one shot mode, we have to re-enable it in ISR to support continue mode即硬件定时器是单次触发模式软件在中断里滚动重装以形成连续计时。事件 stop 时PERF_EF_UPDATE路径meson_ddr_perf_event_update() 再读一次寄存器余量用 ddr_cnt_addition() 把“软件累计值 寄存器当前值”合成最终计数按事件 ID 选择all_cnttotal 事件或对应通道值写入event-count。start 时则先清零软件累计值并使能硬件L143-L149。这样无论perf stat的采样窗口与 100ms 中断是否对齐结果都是完整的区间累计。5.4 CPU 热插拔PMU 上下文的自动迁移该 PMU 的计数上下文绑定在一个具体 CPU 上perf 的 per-CPU 上下文机制。当绑定 CPU 下线时ddr_perf_offline_cpu() 会把上下文迁移到另一个在线 CPUperf_pmu_migrate_context并用irq_set_affinity把中断也改投过去。probe 阶段通过cpuhp_setup_state_multicpuhp_state_add_instance_nocalls注册L520-L530同时 sysfs 暴露只读cpumask属性L188-L198可以查看当前绑定的 CPU。6. 设备树配置硬件使能的前提是设备树中声明了 DDR PMU 节点。设备树绑定文档 amlogic,g12-ddr-pmu.yaml 定义了三个compatibleamlogic,g12a-ddr-pmu、amlogic,g12b-ddr-pmu、amlogic,sm1-ddr-pmu与驱动 of_device_id 表 一一对应。必填项#include dt-bindings/interrupt-controller/arm-gic.h pmuff638000 { compatible amlogic,g12a-ddr-pmu; reg 0x0 0xff638000 0x0 0x100, /* DMC 带宽监控寄存器空间 */ 0x0 0xff638c00 0x0 0x100; /* DMC PLL 寄存器空间 */ interrupts GIC_SPI 52 IRQ_TYPE_EDGE_RISING; /* 内部定时器超时中断 */ };reg共两段前dmc_nr此处为 1段是 DMC 监控寄存器基址最后一位是 PLL 寄存器基址用于 5.2 节的频率推算——驱动在 ddr_pmu_parse_dt() 中按此顺序ioremapinterrupts为内部定时器超时中断驱动以IRQF_NOBALANCING申请保证热插拔时能自由控制亲和性。7. 小结与适用前提适用平台Amlogic G12A/G12B/SM1Meson 家族对应compatible见第 6 节内核配置项为CONFIG_MESON_DDR_PMU。该 PMU 提供的是系统级 DDR 带宽统计5 个事件total 4 通道、MB 单位、16 字节计数粒度、100ms 硬件定时器中断采样累加通道过滤允许把带宽归因到 CPU/GPU/PCIe/以太网/编解码/存储等具体 IP是定位“带宽型瓶颈”的核心手段限制不支持采样与 task 级绑定必须-a单通道过滤端口数受硬件上限约束不同芯片可见的过滤关键字由 capability 掩码决定以/sys/bus/event_source/devices/meson_ddr_bw/format/实际输出为准。【免费下载链接】linuxLinux kernel source tree项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/li/linux创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考