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 PMU（meson_ddr_bw）perf 事件与过滤机制详解

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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：

编译入口在 Kconfig 中的CONFIG_MESON_DDR_PMU（tristate，"Amlogic DDR Bandwidth Performance Monitor"，依赖ARCH_MESON || COMPILE_TEST），Makefile 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 = 4（meson_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_bw（DDR_PERF_DEV_NAME宏，L32），注册时 cpu 传-1（L534），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-05

perf 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 4，L33）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：

几个值得注意的实现细节：

1. 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 idi，config2的每个置位 biti则映射为 AXI idi + 64。也就是说 format 组中只暴露config1，perf 工具按标准 PMU 格式约定自动拆分高位参数。
2. 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、sm10x7EFF00FF07DF（L314-L351）。例如nna（config1:10）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。
3. 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。
4. “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 ≥ 32（PORT_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,arm=1/ -I 1000 sleep 10 perf stat -a -e meson_ddr_bw/chan_2_rw_bytes,gpu=1/ -I 1000 sleep 10 perf stat -a -e meson_ddr_bw/chan_3_rw_bytes,arm=1,gpu=1/ -I 1000 sleep 10

三条命令的分工：

1. chan_1过滤arm=1：只统计 CPU（ARM 核）发起的 DDR 访问；
2. chan_2过滤gpu=1：只统计 3D GPU 的 DDR 访问；
3. chan_3同时过滤arm=1,gpu=1：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）：

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 24MHz，od_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_IRQ（BIT(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->counters（all_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_cnt（total 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 CPU（perf_pmu_migrate_context），并用irq_set_affinity把中断也改投过去。probe 阶段通过cpuhp_setup_state_multi+cpuhp_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compatible（amlogic,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> pmu@ff638000 { 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ioremap；
• interrupts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/SM1（Meson 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。

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