SDRAM Internals

作者:linuxer 发布于:2014-5-14 16:25 分类:基础技术

SDRAM(synchronous dynamic random-access memory)是嵌入式系统中经常用到的器件。对于一个嵌入式软件工程师而言,了解SDRAM的机理是有益的。我们可以从下面三个方面理解SDRAM:

1、RAM很好理解,就是可以随机存取的memory。

2、 dynamic 是和static对应的,SRAM就是static random-access memory。SRAM和DRAM(dynamic random-access memory)都是由若干能够保存0和1两种状态的cell组成。对于SRAM,只要保持芯片的供电,其cell就可以保存0或者1的信息。但是对于 DRAM而言,其bit信息是用电容来保存的(charged or not charged)。由于有漏电流,因此DRAM中的bit信息只能保持若干个毫秒。这个时间听起来很短,但是对于以ns计时的CPU而言已经是足够的长 了,因此,只要及时刷新(refresh,术语总是显得高大上,通俗讲就是读出来再写进去)DRAM,信息就可以长久的保存了。

3、 synchronous 是和asynchronous 对应的。synchronous是一个有多种含义的词汇,对于硬件芯片这个场景,主要是说芯片的行为动作是在一个固定的clock信号的驱动下工作。对于 电路设计而言,synchronous 简单但是速度慢,功耗大。asynchronous 则相反,在设计过程中需要复杂的race condition的问题,其速度快,理论上只是受限于逻辑门(logic gate)的propagation delay。

1968 年,Dennard获得了DRAM的专利。随后,各大厂商和研究机构对DRAM进行了改进。例如增加了clock信号,让DRAM的电路设计变成 synchronous 类型的。2000之后,由于其卓越的性能,SDRAM完全取代了DRAM的位置。随后的发展(DDR、DDR2和DDR3)并没有改变原理,只是速度上升 了。因此,本文以SDR(Single Data Rate)SDRAM为例,讲述其内部机理。

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标签: SDRAM

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Linux电源管理(2)_Generic PM之基本概念和软件架构

作者:wowo 发布于:2014-5-13 19:24 分类:电源管理子系统

这里的Generic PM,是蜗蜗自己起的名字,指Linux系统中那些常规的电源管理手段,包括关机(Power off)、待机(Standby or Hibernate)、重启(Reboot)等。这些手段是在嵌入式Linux普及之前的PC或者服务器时代使用的。在那个计算机科学的蛮荒时代,人类在摩尔定律的刺激下,孜孜追求的是计算机的计算能力、处理性能,因此并不特别关心Power消耗。

在这种背景下发展出来的Linux电源管理机制,都是粗放的、静态的、被动的,具体请参考下面的介绍。

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标签: Linux PM suspend hibernate sleep

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Linux电源管理(1)_整体架构

作者:wowo 发布于:2014-5-7 19:21 分类:电源管理子系统

在这个世界中,任何系统的运转都需要能量。如树木依靠光能生长,如马儿依靠食物奔跑,如计算机系统依靠电能运行。而能量的获取是有成本的,因此如果能在保证系统运转的基础上,尽量节省对能量的消耗,就会大大提升该系统的生存竞争力。这方面,大自然已经做的很好了,如植物的落叶,如动物的冬眠,等等。而在计算机的世界里(这里以运行Linux OS的嵌入式系统为例),称作电源管理(Power Management)。

通俗的讲,电源管理就是:“想让马儿跑,不想马吃草”。不过,从能量守恒的角度,想让马儿跑多快、跑多久,就一定要让它吃相应数量的草。那么我们就退而求其次:“只在需要马儿跑时,才让它吃草”。这就是电源管理的核心思想。那方法呢?

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标签: Kernel management PM Power Architecture

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Process Creation(二)

作者:linuxer 发布于:2014-4-28 15:40 分类:进程管理

本文是Process Creation(一)的延续,主要内容包括:

1、进程描述符中Realtime Mutex相关数据结构的初始化

2、子进程如何复制父进程的credentials

3、per-task delay accounting的处理

4、子进程如何复制父进程的flag

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标签: process management do_fork

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Linux设备模型(8)_platform设备

作者:wowo 发布于:2014-4-28 10:24 分类:统一设备模型

在Linux设备模型的抽象中,存在着一类称作“Platform Device”的设备,内核是这样描述它们的(Documentation/driver-model/platform.txt):

Platform devices are devices that typically appear as autonomous entities in the system. This includes legacy port-based devices and host bridges to peripheral buses, and most controllers integrated into system-on-chip platforms.  What they usually have in common is direct addressing from a CPU bus.  Rarely, a platform_device will be connected through a segment of some other kind of bus; but its registers will still be directly addressable.

概括来说,Platform设备包括:基于端口的设备(已不推荐使用,保留下来只为兼容旧设备,legacy);连接物理总线的桥设备;集成在SOC平台上面的控制器;连接在其它bus上的设备(很少见)。等等。

这些设备有一个基本的特征:可以通过CPU bus直接寻址(例如在嵌入式系统常见的“寄存器”)。因此,由于这个共性,内核在设备模型的基础上(device和device_driver),对这些设备进行了更进一步的封装,抽象出paltform bus、platform device和platform driver,以便驱动开发人员可以方便的开发这类设备的驱动。

可以说,paltform设备对Linux驱动工程师是非常重要的,因为我们编写的大多数设备驱动,都是为了驱动plaftom设备。本文我们就来看看Platform设备在内核中的实现。

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标签: Linux Kernel 设备模型 platform设备

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Linux设备模型(7)_Class

作者:wowo 发布于:2014-4-23 15:17 分类:统一设备模型

在设备模型中,Bus、Device、Device driver等等,都比较好理解,因为它们对应了实实在在的东西,所有的逻辑都是围绕着这些实体展开的。而本文所要描述的Class就有些不同了,因为它是虚拟出来的,只是为了抽象设备的共性。

举个例子,一些年龄相仿、需要获取的知识相似的人,聚在一起学习,就构成了一个班级(Class)。这个班级可以有自己的名称(如295),但如果离开构成它的学生(device),它就没有任何存在意义。另外,班级存在的最大意义是什么呢?是由老师讲授的每一个课程!因为老师只需要讲一遍,一个班的学生都可以听到。不然的话(例如每个学生都在家学习),就要为每人请一个老师,讲授一遍。而讲的内容,大多是一样的,这就是极大的浪费。

设备模型中的Class所提供的功能也一样了,例如一些相似的device(学生),需要向用户空间提供相似的接口(课程),如果每个设备的驱动都实现一遍的话,就会导致内核有大量的冗余代码,这就是极大的浪费。所以,Class说了,我帮你们实现吧,你们会用就行了。

这就是设备模型中Class的功能,再结合内核的注释:A class is a higher-level view of a device that abstracts out low-level implementation details(include/linux/device.h line326),就容易理解了。

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标签: Linux Kernel 内核 设备模型 class

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Process Creation(一)

作者:linuxer 发布于:2014-4-23 8:39 分类:进程管理


为什么要写一个关于进程如何创建的文档?其实用do_fork作为关键字进行索引,你会发现网上的相关文档数以万计。作为一个内核工程师,对进程以及进程相关的内容当然是非常感兴趣,但是网上的资料并不能令我非常满意(也许是我没有检索到好的文章),一个简单的例子如下:

static void copy_flags(unsigned long clone_flags, struct task_struct *p)
{
    unsigned long new_flags = p->flags;

    new_flags &= ~(PF_SUPERPRIV | PF_WQ_WORKER);
    new_flags |= PF_FORKNOEXEC;
    p->flags = new_flags;
}

上 面的代码是进程创建过程的一个片段,网上的解释一般都是对代码逻辑的描述:清除PF_SUPERPRIV 和PF_WQ_WORKER这两个flag的标记,设定PF_FORKNOEXEC标记。坦率的讲,这样的代码解析没有任何意义,其实c代码都已经是非常 清楚了。当然,也有的文章进行了进一步的分析,例如对PF_SUPERPRIV 被清除进行了这样的解释:表明进程是否拥有超级用户权限的PF_SUPERPRIV标志被清0。很遗憾,这样的解释不能令人信服,因为如果父进程是超级用 户权限,其创建的子进程是要继承超级用户权限的。

正因为如此,我想对linux kernel中进程创建涉及的方方面面的系统知识进行梳理,在我的能力范围内对进程创建的source code进行逐行解析。一言以蔽之,do_fork的source code只是索引,重要的是与其相关的各个知识点。

由于进程创建是一个大工程,因此分成若干的部分。本文是第一部分,主要内容包括:

1、从用户空间看进程创建

2、系统调用层面看进程创建

3、trace的处理

4、参数检查

5、复制thread_info和task_struct

注:本文引用的内核代码来自3.14版本的linux kernel。



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标签: do_fork

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Unix的历史

作者:linuxer 发布于:2014-4-21 20:32 分类:技术漫谈

作为一个Linuxer,对unix感兴趣是顺理成章的事情,对unix的了解反过来也可以促进对GNU/Linux的理解。不过在接触unix的过程中,大家一般都会有下面的疑问:

1、unix这个商标是属于哪一个公司或者机构?

2、为何unix有那么多的变种?为何各个公司都有自己的unix,例如IBM的AIX(Advanced Interactive eXecutive)操作系统、SUN公司的Solaris操作系统、HP公司的HP-UX操作系统。

3、Linux和unix的关系为何?

……

本文和技术无关,主要想整理一些Unix的历史和Linux的演化

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标签: unix历史

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教育漫谈(1)_《乌合之众》摘录

作者:wowo 发布于:2014-4-19 18:44 分类:技术漫谈

这些年来,教育问题一直是一个比较热门的话题, 任何一个有良知的中国人,都会关注、思考、讨论这个问题,因为它关系到这个国家的未来,关系到这个民族的兴衰。蜗蜗并不是一个爱凑热闹的人,也自知以自己的资历和经验,并无资格讨论这个问题。之所以写《教育漫谈》这一系列的文章,只是想从自己的亲身经历出发,将自己的想法分享出来,供大家讨论。

蜗蜗是一个ITer,平时也会参与公司技术人员招聘的事情。而提起招聘,难免会和同事谈论起教育问题,因为能找到一个合适的人才,非常困难。蜗蜗认为,在技术行业中,合格的ITer的标准是很简单的:喜欢自己的工作、有自我荣誉感、认真、负责。

喜欢自己的工作,才能开心工作; 
有自我荣誉感,就会尽力把事情做好,不能接受自己糟糕的产出; 
认真、负责,就能做好任何事情。

蜗蜗相信,具备上述特质,就算技术基础再差,都能做好事情。但现实很残酷,经过我们教育体制出来的人,很少能具备这些特质。然后有一天,无意中看到了《乌合之众》这本书中有关教育的一段话,蜗蜗感触颇深,下面就摘录一些,就当作《教育漫谈》系列文章的引子吧。

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标签: 教育 乌合之众 招聘

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Linux设备模型(6)_Bus

作者:wowo 发布于:2014-4-15 19:21 分类:统一设备模型

在Linux设备模型中,Bus(总线)是一类特殊的设备,它是连接处理器和其它设备之间的通道(channel)。为了方便设备模型的实现,内核规定,系统中的每个设备都要连接在一个Bus上,这个Bus可以是一个内部Bus、虚拟Bus或者Platform Bus。

内核通过struct bus_type结构,抽象Bus,它是在include/linux/device.h中定义的。本文会围绕该结构,描述Linux内核中Bus的功能,以及相关的实现逻辑。最后,会简单的介绍一些标准的Bus(如Platform),介绍它们的用途、它们的使用场景。

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标签: Linux Kernel 内核 设备模型 bus

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