URAT 的FIFO、DMA、GSI模式

news/2026/1/17 10:03:28/文章来源:https://www.cnblogs.com/linhaostudy/p/19468580

FIFO（First-In-First-Out，硬件队列）

UART 外设里通常有 RX/TX 两个硬件 FIFO 用来暂存收发数据，减少 CPU 逐字节响应中断的压力。很多 SoC 会给 FIFO 设置触发阈值和接收超时（RX timeout）；当 RX FIFO ≥ 阈值或发生超时时，就会触发中断或向 DMA 发出请求。

DMA（Direct Memory Access，传统外设 DMA）

把数据在 内存 ↔ UART 数据寄存器/FIFO 间自动搬运，降低 CPU 负担；但它不是自动的，需要在软件里同时配置 UART 的 DMA 触发条件（往往依赖 FIFO 阈值/超时）以及**DMA 控制器的源/目的地址、传输长度等。

GSI（Qualcomm 的 Generic Software Interface，对应 GPI/GPII DMA）

在高通 QUPv3 架构中，串行引擎（SE）可在两种模式下工作：FIFO/DMA 模式或 GSI 模式。

在 GSI 模式下，数据搬运由 GPI/GSI DMA 控制器通过传输环（transfer ring）/事件环（event ring）完成，不再直接以寄存器读写的方式服务 FIFO；并且需要分配 GPII 实例。多数场景下，一旦选用 GSI，禁止访问 FIFO（平台会通过权限/配置位控制）。

结论：

一般平台：UART 的 FIFO 决定何时触发，DMA负责批量搬运；两者协同工作。

高通 QUP 平台：在 GSI 模式下走 GPI DMA+ring 路径，不使用 FIFO；在 FIFO/DMA 模式下按传统 FIFO→DMA 联动。两种模式二选一。

高通的 QUPv3 (Qualcomm Universal Peripheral version 3) 架构中的 UART 模块主要支持 3 种 工作模式。

这三种模式分别是：FIFO 模式、SE DMA 模式（也称 CPU DMA 模式）和 GSI 模式（即您提到的 Gsi DMA 模式）。

1. 三种模式简介

FIFO 模式 (PIO Mode)
- 定义：CPU 直接读写 GENI (Generic Interface) 硬件内部的 FIFO 寄存器来传输数据。
- 特点：不经过 DMA 控制器，也不经过 GSI 序列器。完全依赖 CPU 轮询或中断来搬运数据。
- 场景：通常用于低速场景、启动阶段（Bootloader/XBL）、Debug UART 控制台，或者对延迟极度敏感但数据量很小的场景。
SE DMA 模式 (CPU DMA Mode)
- 定义：CPU 直接配置 SE (Serial Engine) 内部的 DMA 控制器。
- 特点：CPU 配置好 DMA 寄存器（源地址、目的地址、长度）后，由 SE 内部的 DMA 引擎负责数据搬运，不需要 GSI 参与。
- 场景：用于不需要 GSI 复杂功能（如多 EE 共享、复杂的环形缓冲区管理），但又希望减轻 CPU 搬运数据负担的场景。在某些简单的 RTOS 或特定驱动实现中可能会用到。
GSI 模式 (GPI Mode / GSI DMA)
- 定义：基于 GSI (Generic Software Interface) 硬件加速器的模式。
- 特点：CPU 只需要在内存中准备好传输描述符（TRE, Transfer Request Element）并“敲门铃”（Doorbell），GSI 硬件序列器会自动解析命令，控制 SE 和 DMA 完成复杂的数据传输。
- 场景：这是高性能场景下的首选模式（如高通 Android/Linux 平台的标准 UART 驱动）。支持分散/聚合（Scatter-Gather）、环形缓冲区，并且支持多执行环境（Multi-EE）的安全隔离。

2. 模式差异对比 (Differences)

特性	FIFO 模式	SE DMA 模式	GSI DMA (GPI) 模式
全称	First-In-First-Out (PIO)	Serial Engine DMA (CPU Mode)	Generic Protocol Interface (GSI)
控制方式	CPU 直接读写寄存器	CPU 配置 DMA 寄存器	CPU 提交描述符(TRE)，GSI 硬件接管
CPU 负载	高 (需频繁响应中断或轮询)	中 (仅需配置 DMA 传输)	低 (仅需维护描述符环，支持批处理)
吞吐量	低 (受限于 CPU 频率和响应速度)	高	极高 (硬件全自动流水线)
编程模型	简单的寄存器读写	传统的 DMA 寄存器配置	基于环(Ring)的生产者-消费者模型
多核共享(Multi-EE)	困难 (通常独占)	较难	支持 (GSI 硬件支持虚拟通道和权限隔离)
典型用途	Debug Console, Bootloader	简单的传感器数据采集	蓝牙(BT), 高速 IPC, 大数据量传输

3. 补充说明

为什么有 SE DMA 还有 GSI DMA？
- SE DMA 是底层的 DMA 硬件能力。
- GSI 是位于 SE 之上的一个硬件序列器/控制器。GSI 模式本质上也是在用 DMA，但它是由 GSI 固件代为管理 DMA，而不是由主 CPU 直接配置 DMA 寄存器。GSI 的引入是为了解决 SoC 上多个处理器（AP, Modem, ADSP, TZ）同时访问外设时的安全隔离和性能瓶颈问题。
总结：如果您在看代码或寄存器手册：
- FIFO: 直接操作 GENI_TX_FIFO / GENI_RX_FIFO。
- SE DMA: 操作 SE_DMA_TX_PTR, SE_DMA_TX_LEN 等寄存器，GENI_DMA_MODE_EN = 1。
- GSI: 分配 GPII 通道，操作 GSI_TRE_RING，GENI_DMA_MODE_EN = 1 且由 GSI 固件接管。