Не работает режим dma

DMA для новичков или то, что вам нужно знать

Всем привет, сегодня мы с вами поговорим о DMA: именно о той технологии, которая помогает вашему компьютеру воспроизводить для вас музыку, выводить изображение на экран, записывать информацию на жесткий диск, и при этом оказывать на центральный процессор просто мизерную нагрузку.

DMA, что это? О чем вы говорите?

DMA, или Direct Memory Access – технология прямого доступа к памяти, минуя центральный процессор. В эпоху 486-ых и первых Pentium во всю царствовала шина ISA, а также метод обмена данными между устройствами – PIO (Programmed Input/Output).

PIO по своей сути прост: чтобы получить данные с устройства, драйвер операционной системы (или же firmware другого устройства), должен был читать эти данные из регистров устройства. Давайте разберемся на примере:

• На сетевую карту пришло 1500 байт данных.
• Сетевая карта инициирует прерывание с целью сообщить процессору, что данные необходимо забрать с устройства, иначе произойдет так называемый buffer overrun.
• Операционная система ловит прерывание от контроллера прерываний и отдает его на обработку драйверу.
• Драйвер в цикле побайтно читает данные с регистров сетевой карты.

В итоге, если чтение одного байта отнимает около 1 мс процессорного времени, то чтение 1500 байт – соответственно 1500 мс. Но это всего лишь один Ethernet пакет, представте себе, сколько пакетов получает сетевая карта, когда вы читаете любимый хабрахабр. Конечно в реальности чтение в PIO режиме можно организовывать по 2, 4 байта, однако потери производительности при этом все равно будут катастрофическими.

Когда объемы данных, которыми оперирует процессор начали возрастать, стало понятно, что нужно минимизировать участие процессора в цепочке обмена данными, а то прийдется туго. И вот тогда активное применение нашла технология прямого доступа к памяти.

Кстати говоря, DMA используется не только для обмена данными между устройством и ОЗУ, но также между устройствами в системе, возможен DMA трансфер между двумя участками ОЗУ (хотя данный маневр не применим к x86 архитектуре). Также в своем процессоре Cell, IBM использует DMA как основной механизм обмена данными между синергетическими процессорными элементами (SPE) и центральным процессорным элементом (PPE). Также каждый SPE и PPE может обмениватся данными через DMA с оперативной памятью. Данный прием – на самом деле большое преимущество Cell, ибо избавляет от проблем когерентности кешей при мультипроцессорной обработке данных.

И снова теория

Прежде чем мы перейдем к практике, я бы хотел осветить несколько важных аспектов программирования PCI, PCI-E устройств.

Я вскользь упомянул о регистрах устройства, но как же к ним имеет доступ центральный процессор? Как многие из вас знают, есть такая сущность в компьютерных технологиях, как IO порты (Input/Output ports). Они предназначены для обмена информацией между центральным процессором и периферийными устройствами, а доступ к ним возможен с помощью специальных ассемблерных инструкций — in/out. BIOS (или OpenFirmware на PPC based системах) на ранних этапах инициализации PCI устройств, а также некоторых других (Super IO контроллера, контроллера PS/2 устройств, ACPI timer и т.д.), закрепляет за определенным контроллером собственный диапазон IO портов, куда и отображаются регистры устройства.

Также регистры устройства могут отображатся в ОЗУ (Memory Mapped Registers), т.е. на физическое адресное пространство. Данный метод имеет ряд преимуществ, а именно:

• Скорость доступа к физической памяти выше, нежели к IO портам.
• IO порты могут отображать не более 65535 байт регистров, в то время как размер ОЗУ современных компьютеров в разы больше.
• Читать регистры устройства из ОЗУ проще, нежели с помощью IO портов 🙂

Данные о том, какой диапазон IO портов или ОЗУ закреплен за устройством, хранятся в конфигурационном пространстве PCI, а именно в регистрах BAR0, BAR1, BAR2, BAR4, BAR5 [1].

Итак, существует два метода утилизации DMA: contiguous DMA и scatter/gather DMA.

Contiguous DMA

Данный метод очень прост и сейчас практически отжил свое, однако до сих пор используется для программирования звуковых контроллеров (к примеру Envy24HT). Его принцип следующий:

• Выделяется один буфер достаточно большого размера в оперативной памяти.
• Физический адрес (точнее сказать адрес на шине участка памяти, потому как physical address и bus address – равны в x86 архитектуре, но не равны в PPC) этого буфера записывается в регистр устройства.
• Во время того, как приходят данные на устройство, контроллер устройства инициирует DMA трансфер.
• После того, как буфер полностью заполнен, контроллер устройства инициирует прерывание, чтобы сообщить центральному процессору, что буфер следует передать операционной системе.
• Драйвер операционной системы обрабатывает прерывание, и передает полученные данные из буфера, далее по стеку устройств операционной системы.

Как видите все достаточно просто, и как только шина ISA обзавелась поддержкой DMA, данный метод нашел очень широкое применение. Например драйвера сетевых карт имели два таких DMA буфера: один на прием данных (rx), другой на отсылку (tx).

Scatter/gather DMA

С ростом скорости Ethernet адаптеров, contiguous DMA показал свою несостоятельность. В основном из-за того, что требовались области памяти достаточно большого размера, которые подчас невозможно было выделить, так как в современных системах фрагментация физической памяти достаточно высока. Во всем виноват механизм виртуальной памяти, без которого нынче никуда 🙂

Решение напрашивается само собой: использовать вместо одного большого участка памяти несколько, но в разных регионах этой самой памяти. Возникает вопрос, но как же сообщить контроллеру устройства, как инициировать DMA трансфер и по какому адресу писать данные? И тут нашли решение, использовать дескрипторы, чтобы описывать каждый вот такой участок в оперативной памяти.

Типичный дескриптор DMA буфера содержит следующие поля:

1. Адрес участка ОЗУ (именно bus address), который предназначен для DMA трансфера.
2. Размер описываемого участка ОЗУ.
3. Опциональные флаги и другие специфические аргументы.
4. Адрес следующего дескриптора в памяти.

Структура дескрипторов определяется конкретным производителем контроллера устройства, и может содержать какие-либо другие поля. Дескриптор также как и DMA буфер, размещается в оперативной памяти.

Алгоритм scatter/gather DMA следующий:

• Драйвер операционной системы выделяет и иницилизирует дескрипторы DMA буферов.
• Драйвер выделяет DMA буферы (участки ОЗУ для DMA трансфера) и записывает необходимую информацию о них в дескрипторы.
• Устройство по мере возникновения потребности, заполняет DMA буферы, и после того, как заполнен один или несколько буферов инициирует прерывание.
• Драйвер ОС просматривает все дескрипторы DMA буферов, определяет какие из них были заполнены контроллером устройства, пересылает данные из буфера далее по стеку устройств и помечает буфер как готовый к DMA трансферу.

Порядок в каком контроллер устройства заполняет DMA буферы, определяется производителем. Контроллер может писать в первый свободный DMA буфер, либо просто писать подряд (дескрипторы DMA буферов в данном случае образуют односвязный кольцевой список) во все буфера и т.д.

На сегодня пожалуй все, иначе информации станет слишком много. В следующей статье я покажу вам, как с этой уличной магией работает IOKit. Жду отзывов и дополнений 😉

Источник

Как включить режим Ultra DMA, выключить PIO. Hardware Interrupts грузит систему

Компьютер сильно тормозит, работать вообще не возможно. При этом индикатор доступа к HDD постоянно мигает, диспетчер задач показывает загрузку ЦП, а движения никакого? Если включить сторонний диспетчер, например Process Explorer то видно, что процесс Hardware Interrupts грузит систему на 50% и больше. Скорее всего ваш жесткий диск перешел в режим PIO. Это значит, что при чтении с диска после 6-и ошибок истечения времени ожидания Windows переводит скорость подключения контроллера IDE/ATAPI (HDD) с быстрого режима UDMA на медленный PIO и все начинает тормозить. Как обратно включить режим Ultra DMA? Как включить режим Ultra DMA

1. Чтобы узнать, в каком режиме винт, заходим в диспетчер устройств — IDE/ATAPI контроллеры — первичный(вторичный) канал и в дополнительных параметрах смотрим режим передачи — если PIO, то это он все тормозит и процесс Hardware Interrupts загружает процессор (у меня было 40-50%). Пробуем поставить режим «DMA если доступно» (причем это проделать во всех первичных и вторичных каналах) и перезагрузить систему. Немного поработать и проверить опять режим IDE/ATAPI контроллера. Если опять стоит режим PIO, то проверить шлейф винчестера и питание. Если не помогло, то решение простое — поменять винчестер или вариант 2:

2. Отключить контроль ошибок.

Заходим в реестр(меню Пуск-выполнить-regedit), далее в раздел
HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Class\<4d36e96a-e325-11ce-bfc1-08002be10318>.

В подразделах 0001 и 0002 делаем так:

1. В меню правка Создать, параметр DWORD.
2. Введите строку ResetErrorCountersOnSuccess и нажмите клавишу ВВОД.
3. 2 раза щелкнуть по созданому параметру и ввести значение 1. Нажать Ок.

В этих же разделах проверить

Далее, проверьте, чтобы в этих же разделах параметры MasterDeviceTimingModeAllowed и SlaveDeviceTimingModeAllowed у вас имели значеие ffffffff (в шестнадцатиричной системе). И соответствующему параметру MasterDeviceTimingMode или SlaveDeviceTimingMode присвойте одно из значений:
0x10010 — соответствует режиму UDMA Mode 5 (ATA100).
0x8010 — UDMA Mode 4 (ATA66).
0x2010 — UDMA Mode 2 (ATA33).
0x0410 — Multi-Word DMA Mode 2

Перезагрузите систему. Вот и все! По идее, у вас должен всегда стоять режим Ultra DMA.

Но, если вы точно не знаете, в каком режиме должен работать винт и если вы всё сделали правильно, но после перезагрузки ничего не поменялось (маловероятно, но вдруг…), то
В этом случае, сначала удалите из списка устройств IDE-контроллер, и перезагрузитесь. Windows заново найдёт и переустановит драйвер IDE-контроллера, при этом все устройства встанут в нужные DMA-режимы (MasterDeviceTimingMode и SlaveDeviceTimingMode сами примут нужное значение).

После этого лезте в реестр и проделайте все шаги, кроме изменения параметров MasterDeviceTimingMode и SlaveDeviceTimingMode, и перезагрузитесь ещё раз. Теперь все точно должно заработать.

Но (еще одно но ), я вам рекомендую важную информацию копировать на другие носители, так как с HDD у вас проблемы.

Теперь о процессе Hardware Interrupts — процесс прерываний самого железа. Когда плохой винчестер, то он постоянно сообщает об ошибках чтения, вот и получаются эти прерывания. Процессор начинает заниматься исправлением этих ошибок, а не вашей задачей и начинаются тормоза.

Такое возможно и не только через винчестер. Можно в БИОСе попробовать поменять номера прерываний, но это отдельная история.

Источник

Режим PIO или как бороться с тем что жесткий диск начал тормозить

Если компьютер начинает тормозить, то большинство пользователей, в первую очередь, начинают грешить на процессор, оперативную память или видеокарту, но абсолютно забывают о том, что жесткий диск является не менее важным узлом компьютера и во многих случаях проблемы снижения скорости работы операционной системы связаны именно с ним.

Включение режима DMA

Возможные режимы работы жесткого диска

У HDD есть возможность работать с данными в двух режимах: устаревший PIO и более новый DMA. Они кардинально отличаются принципом своей работы и, соответственно, скоростью обработки данных. Так в режиме PIO все данные обрабатываются при помощи процессора что сильно его нагружает и, как следствие, приводит к падению общей производительности системы. А вот режим DMA – это уже аппаратная обработка данных при которой используются разнообразные ускорители и ЦП в этом процессе не участвует.

Самопроизвольное переключение Виндовс на режим PIO и признаки этого

Windows по умолчанию работает с HDD в скоростном режиме DMA, но иногда из-за специфических ошибок самостоятельно переключается в режим PIO. Причем обратно включить DMA весьма проблематично и сделать это стандартными способами практически невозможно. Характерные признаки того, что Windows переключилась на работу с жестким диском в режим PIO это:

• Падение быстроты работы с HDD в несколько раз;
• Медленная скорость работы системы во время дисковых операций;
• Чрезмерная загрузка процессора (80-90%) при работе с жестким диском;
• Система начала «тормозить» резко. То есть еще час назад все было нормально, а потом резко появились проблемы.

На данный момент жесткий диск — это самое слабое место всей системы и падение его скорости работы даже в два раза приводит к катастрофическим последствиям. Для того чтобы убедиться, что Windows действительно переключилась на работу с жестким диском в медленный режим PIO нужно сделать следующее:

1. Нажмите на значок «Мой компьютер» правой клавишей мыши и выберите пункт «Управление»;

2. Раскройте ветку контроллера и найдите канал, к которому подключен ваш жесткий диск;
3. Нажмите на нем правую клавишу мыши, зайдите в «Свойства» и переключитесь на «Дополнительные параметры»;
4. Посмотрите на строку «Текущий режим передачи». Если там написано «Режим DMA», то значит все нормально, а вот если «Режим PIO», то вам придется проделать несколько несложных операций и вернуть диск в предпочтительный режим работы.

Включаем режим DMA

На самом деле добиться этого можно двумя способами. Первый из них довольно простой и вам потребуется всего лишь удалить неправильно работающее устройство, а затем перезагрузить компьютер. После этого Windows автоматически установит его заново и режим работы устройства вновь переключится на DMA.

Если по какой-то причине у вас не получается включить DMA первым способом, то тогда вам придется приложить немного больше усилий и использовать редактор реестра. Сделайте следующее:

1. Нажмите Win+R и напечатайте в появившейся строке команду regedit;
2. Перейдитепопути HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Class\<4D36Е96A-Е325-11CE-BFC1-08002BE10318>;

1. Найдите строку MasterDeviceTimingModeAllowed.
2. Если в колонке значение этой строки написано 0х00000001f, то это значит, что ваш жесткий диск действительно работает в режиме PIO;
3. Поменяйте значение на 0xffffffff и перезагрузите компьютер.

После этого ваш жесткий диск вновь переключится на режим DMA, а скорость его работы и общая скорость работы системы увеличится в разы.

Источник