Linux预留内存管理

预留内存的目的是根据不同场景为特定功能分配独立内存区域，便于调试、减少内存碎片、提高稳定性。各预留内存的用途如下：

rmem：用于lcd、camera、jpeg编解码、2d等需要大块连续内存的场景。

rtos_size：双核双系统中预留给小核（rtos）的专用内存。

share_mem：双核双系统中，小核（rtos）先初始化外设并将配置结构体写入共享内存 share_mem（配置区固定32KB，工作区用于帧缓冲等大块内存），linux 启动后直接读取接管（lcd配置和帧内存，pwm背光配置等），避免重复初始化。

reserved_memory/vpu_mem：两种互斥的内存预留方式，用于为特定驱动（如H264解码、其他需要大块连续内存的模块）提前划分独立内存区域，避免内存碎片。本文档以H264解码为例进行说明。

1. 预留内存方式

1.1 rmem

说明：rmem的内存通过调用module_driver/libhardware2的rmem接口申请，主要提供给需要大块连续内存的驱动或场景使用，如lcd、camera、jpeg编解码、2d等。应用层可通过rmem接口申请带物理地址的内存，供硬件直接访问。

配置方法：在bootloader/uboot-x2000/boards.cfg中找到对应配置项，在options中添加RMEM_MB=XXX 或 RMEM_KB=XXX。rmem内存段将分配在系统内存的最末端。

示例（x2600e_base_xImage_sfc_nand 配置）：

x2600e_base_xImage_sfc_nand		mips        xburst2     x2600_base            ingenic        x2600         x2600_base:SPL_SFC_NAND,MTD_SFCNAND,SPL_OS_BOOT,SPL_PARAMS_FIXER,X2600E_DDR,RMEM_MB=16

当总内存 256 MB、RMEM_MB=16时，系统可用内存为0 到 240 MB（256-16），rmem内存范围为240 到 256 MB。

IConfig配置

使用rmem接口需要在IConfig中勾选以下选项：

查看方法：烧录固件后执行 cat /proc/cmdline，可看到 rmem 的地址和大小

# cat /proc/cmdline 
console=ttyS2,3000000n8  mem=240M@0x0 rmem=16M@0xf000000  init=/linuxrc flashtype=nand  root=/dev/mtdblock_bbt_ro2 rootfstype=squashfs ro 

配置大小说明：

1.lcd

其中会在fb驱动初始化时申请描述符内存,结构体定义不发生变化时，描述符内存（layer/srdma模式）：6 * 64 * 3 = 1152

若为mixer/rotator模式，额外增加 5 * 64 = 320

然后是帧内存，据屏幕分辨率、fb使能的图层数和配置的帧缓冲数而定，一帧的大小需要满足4096对齐（计算时需注意）

比如当前使用的lcd是720 * 1280，fb配置为layer模式并且只配置一层，然后帧缓冲数配置为2时，帧内存大小如下：

(720 * 1280 * 4) * 2 = 7372800（lcd 的内存是按照 ARGB8888 32位申请的，所以需要乘4）

所以，lcd总共使用的rmem内存大小为 1152 + 7372800 = 7373952（约7.04MB）

2.camera

当camera输出 640 * 480的8位灰度图，且配置camera的帧缓冲数为2时，实际申请的内存如下：

(640 * 480) * 3 = 921600（实际底层会多申请一个buffer,所以实际申请的内存为配置的帧缓冲数2 + 1个buffer）

还有就是camera的DMA描述符占用64字节。

所以，camera总共使用的rmem内存大小为 921600 + 64 = 921664（约0.9MB）

3.jpeg编解码

jpeg编码需要输入源和输出源，输出源和输入源申请的内存大小一致，而输入源的内存大小据像素格式确定，再向上对齐到页面大小 4096。

input_size = ALIGN_UP(width * height * bytes_per_pixel, 4096);

例如：输入源为1280 * 720 的 nv12 格式图片，则输入源需要申请的内存大小如下：

(1280 * 720) * 3 / 2 = 1382400 -> 对齐到4096就是1384448

总大小： 1384448 * 2 = 2768896（约2.65MB）

(多程序多线程调用时需要多一倍)

jpeg解码需要输入源和输出源，而输入源和输出源申请的内存大小据像素格式确定，再向上对齐到页面大小 4096。

输入源内存大小最大为 jpeg图片的 width * height，再向上对齐到页面大小 4096。

输出源的内存大小据像素格式确定，再向上对齐到页面大小 4096。

例如：输入源为1280 * 720 的 jpeg 图片，输出源为 nv12 格式的文件，申请的内存大小如下：

输入：1280 * 720 = 921600，对齐到4096 -> 921600

输出：(1280 * 720) * 3 / 2 = 1384448，对齐到4096 -> 1384448

总大小：921600 + 1384448 = 2306048（约2.2MB）

(多程序多线程调用时需要多一倍)

4.2d

2d的功能比较多，由各个功能的不同决定内存大小不同，此处以旋转为例子（2d的接口支持用已申请的物理地址进行计算，例如当你直接将一个源旋转到lcd的物理地址上时，则可以免去目标地址的内存申请）

例如：将一个 1280 * 720 的 bgra格式的图片旋转90度

输入：1280 * 720 * 4 = 3686400（旋转前的源大小）

输出：720 * 1280 * 4 = 3686400（旋转后的目标大小）

总大小：3686400 + 3686400 = 7372800（约7.04MB）

1.2 rtos_size

说明：双系统或双核运行时，为rtos分配专用内存，避免与linux内存交叉。

配置方法：在bootloader/uboot-x2000/boards.cfg的options中添加RTOS_SIZE_MB=XXX 或 RTOS_SIZE_KB=XXX

例如总内存256MB时，如果RTOS_SIZE_MB=32,则linux可用0 到 224MB,rtos可用224 到 256MB。

查看方法：烧录固件后可执行 cat /proc/cmdline 查看 rtos_size 的地址和大小

配置大小说明：没有固定的计算公式，根据rtos实际功能所需内存配置。。

1.3 share_mem

说明：在双核双系统中，设备通常由小核（rtos）先完成初始化，再跳转到linux。若linux重新探测和初始化这些硬件，不仅耗时，还可能导致状态不一致。因此需要一种机制，让小核（rtos）把已配置好的硬件参数可靠地传递给linux。share_mem就是为此设计的预留物理内存区域，小核（rtos）写入配置结构体，linux启动后直接读取并接管设备，无需重新初始化。目前share_mem已应用于lcd和pwm背光的配置继承，pwm背光继承不存在大块连续内存，lcd继承存在配置结构体继承和帧内存继承。

使用场景：小核播放开机动画、rtos提前点亮屏幕显示logo

配置方法：在bootloader/uboot-x2000/boards.cfg的options中添加SHARE_MEM_MB=XXX 或 SHARE_MEM_KB=XXX

配置大小说明：其中share_mem分为配置区和工作区，配置区存储所有外设的配置结构体（lcd,pwm背光等），固定大小为32KB；工作区则是供驱动申请大块连续内存，比如帧缓冲等。

SHARE_MEM_SIZE = LCD_WIDTH * LCD_HEIGHT * 4 * 帧数 + 32 * 1024

例如：lcd分辨率为 720 * 1280，使用 fb0 两帧，则 SHARE_MEM_MB = 720 * 1280 * 4 * 2 + 32768 = 7405568（约7.07MB），取整等于 8MB，所以 SHARE_MEM_MB=8

1.4 reserved_memory/vpu_mem

说明：用于H264编解码等需要大块连续物理内存的场景。若使用通用接口（如 dma_alloc_coherent），长期运行后易产生内存碎片，导致分配失败。通过预留独立内存区域，专供驱动使用，可避免此问题。

注意：此处的预留内存不同于前文所述的 rmem,该段内存主要用于给H264编解码内存使用。H264编解码是一个相对独立且内存消耗较大的驱动。

以下以 x2600 平台，总内存 256 MB (0x10000000) 为例，且uboot已配置 RMEM_MB=16（占高地址16MB），因此 Linux 可用内存为240 MB(0xf000000)。

配置位置：kernel/kernel/module_drivers/dts/对应平台的 dts 文件（可参考x2600_vast_module_base_video.dts）。

方式一：dts预留（reserved_memory）

在设备树中显式声明预留内存节点，内核保留该区域不纳入常规内存管理。。此方式最常用于 H264 编解码驱动，因其内存需求大且要求物理连续。

示例：预留32MB给H264解码使用

	reserved-memory {
		#address-cells = <1>;
		#size-cells = <1>;
		ranges =<>;

		reserved_memory: reserved_mem@0xd000000{
			compatible = "shared-dma-pool";
			reg = <0x0d000000 0x2000000>;
		};
    };

地址计算：

Linux 可用内存起始为 0，结束为 0xf000000。预留 32 MB (0x2000000) 时，起始地址 = 0xf000000 - 0x2000000 = 0xd000000。若需改变大小，需同步修改节点名中的地址和 reg 属性的起始地址及大小。

驱动引用：在需要使用该内存的设备节点中添加 memory-region 属性。

&felix {
	status = "okay";
	memory-region=<&reserved_memory>;
};

方式二：cmdline预留（vpu_mem）

通过 uboot 配置变量指定预留内存大小，uboot 自动从 Linux 可用内存末尾向前分配，并将信息拼入内核命令行。内核中的 cmdline-mem 驱动会解析该参数，为指定设备注册 DMA coherent 内存池。

配置方法：在uboot的boards.cfg配置表中找到对应的编译配置添加 VPU_MEM_MB=32

x2600e_base_xImage_sfc_nand		mips        xburst2     x2600_base            ingenic        x2600         x2600_base:SPL_SFC_NAND,MTD_SFCNAND,SPL_OS_BOOT,SPL_PARAMS_FIXER,X2600E_DDR,RMEM_MB=16,VPU_MEM_MB=32

uboot 自动计算：起始地址 = 0xf000000 - 0x2000000 = 0xd000000，并生成内核命令行参数：

vpu_mem=32M@0xd000000

驱动引用：设备节点中使用 memory-region 属性，格式为 "cmdline,<名称>";

&felix {
	status = "okay";
	memory-region="cmdline,vpu_mem";
};

扩展说明：此机制不仅限于 vpu_mem。任何在 uboot 中定义了 XXX_MB 或 XXX_KB 变量的配置，uboot 都会生成对应的 cmdline 参数 xxx=size@addr，驱动只需通过 memory-region = "cmdline,xxx" 引用即可。

注意事项：

两种方式不可同时为同一设备预留重叠区域，否则内存冲突。
驱动优先从设备树获取预留内存，失败则回退到 cmdline 方式。
建议使用方式二（vpu_mem），无需手动计算地址，减少内存重叠风险。

2. 总体空间划分

1.使用VPU_MEM_MB预留H264解码内存

以256MB总内存为例，采用share_mem预留16MB共享内存、rtos_size预留32MB的小核专用内存、rmem预留8MB地址连续大块内存、vpu_mem预留H264解码内存。boards.cfg配置如下：

SHARE_MEM_MB=16,RTOS_SIZE_MB=32,RMEM_MB=8,VPU_MEM_MB=16

说明：

图中的mem、vpu_mem、rmem、rtos_size、share_mem的地址顺序固定，未设置的选项不预留对应内存段。
vpu_mem、rmem、rtos_size和share_mem的大小可直接修改，设为0表示不使用该段。

2.使用 reserved_memory预留H264解码内存

以256MB总内存为例，采用share_mem预留16MB共享内存、rtos_size预留32MB小核专用内存、rmem预留8MB连续大块内存，H264解码内存通过dts的 reserved_memory预留。boards.cfg配置如下（不包含 VPU_MEM_MB）：

SHARE_MEM_MB=16,RTOS_SIZE_MB=32,RMEM_MB=8

说明：

reserved_memory从系统可用内存mem中划分，可放置在该段内的任意位置，建议放在mem的末尾。
需在dts中配置起始地址和大小。若后续增大rmem、rtos_size或share_mem，则mem的可用空间缩小，reserved_memory的起始地址需相应前移，否则可能与其他内存段重叠，导致异常。

3.小核播放开机动画-大小核配置

整体流程：

小核：启动后播放开机动画，动画播放结束后，释放相关资源（若使用了H264解码驱动，则需释放解码资源），并通知大核动画结束。

大核：在此期间执行系统初始化，并等待小核的"动画结束"通知；收到通知后，大核根据自身需要初始化相关驱动（如H264解码驱动），进入正常运行状态。

配置原则：

若小核播放开机动画过程中使用了H264解码驱动（即播放H264格式动画），则需配置本章节的3.2节及3.4节中与vpu相关的内存与驱动选项。
若小核通过其他方式（如显示logo）播放动画，则无需上述配置。

大核以x2600e_nand_5.10_defconfig为例，小核以x2600_test_defconfig为例。需要同步下载linux代码。

3.1 uboot配置

在工程的uboot路径下，编辑boards.cfg，找到对应的编译配置项，添加以下选项：

SPL_MCU_RTOS_BOOT,SHARE_MEM_MB=16,RTOS_SIZE_MB=32,RMEM_MB=8
# SPL_MCU_RTOS_BOOT 在spl阶段启动小核
# SHARE_MEM_MB=16 分配16MB的内存给lcd和pwm背光使用（具体大小参考1.3 share_mem章节说明）
# RTOS_SIZE_MB=32 根据实际情况为小核分配内存大小
# RMEM_MB=8 分配8MB的大块连续内存

3.2 kernel配置

适用条件：小核使用H264解码驱动播放开机动画。

配置目的：将H264解码驱动的初始化方式改为由应用层触发（而非驱动加载时自动初始化），避免与小核阶段冲突。

配置步骤：

进入Linux工程目录下的 kernel/kernel 路径。
执行 make menuconfig 打开内核配置菜单。
依次进入以下路径，勾选 felix init triggered by user：

Ingenic device-drivers Configurations  --->
	[VPU] Drivers  --->
		[*]     felix init triggered by user

保存配置并退出。

注：若小核未使用H264解码驱动，可忽略本节配置。

确定当前kernel的配置：

linux工程/build$ grep -nr  "kernel" configs/x2600e_nand_5.10_defconfig
6:APP_kernel_dir=../kernel/kernel
7:APP_kernel_config=x2600_evb_module_base_linux_sfc_nand_defconfig

所以当前的kernel配置为：x2600_evb_module_base_linux_sfc_nand_defconfig

上面保存以后，执行如下操作保存kernel配置

kernel/kernel$ cp .config arch/mips/configs/x2600_evb_module_base_linux_sfc_nand_defconfig

3.3 IConfigTool-大核配置

LCD外设：配置复位引脚、背光控制引脚、电源控制引脚

FrameBuffer驱动：lcd配置方式为使用rtos相同配置，驱动初始化由应用层触发

fb_layer_mixer驱动：初始化由应用层触发

mcu（片内riscv mcu）驱动

开机等待riscv小核播放开机动画

mcu shell命令

RMEM shell命令(若小核memory使用RTOS_SIZE_MB配置，且在uboot的boards.cfg配置了RMEM)

编译大核：

/Linux工程目录/build$ make x2600e_nand_5.10_defconfig
/Linux工程目录/build$ make

3.4 IConfigTool-小核配置

小核内存配置说明：

小核运行需要一块内存区域，根据大核是否使用H264解码，存在两种不同的内存使用策略：

方式一：大核使用H264 解码（有vpu_mem或reserved_memory预留）
当大核需要H264解码功能时，系统会为 VPU 预留一块连续内存（通过VPU_MEM_MB或 dts的reserved-memory指定）。

在小核播放开机动画期间，尚未使用H264解码，因此这块预留内存可以临时让小核作为运行内存使用。小核在此内存中运行，播放动画；动画结束后，小核释放该内存并退出，大核随后即可正常使用这块内存进行H264解码。

方式二：大核不会使用H264解码（无vpu_mem或reserved_memory预留）

此时系统会通过RTOS_SIZE_MB单独为小核分配一块专用内存。（注：需要预留出播放H264开机动画的内存）

小核在此专用内存中运行，动画播放结束后，小核退出运行，系统通过rmem应用层接口将这块内存回收至rmem管理池，供大核后续使用。

配置选择：

若大核使用H264解码 -> 采用方式一，在uboot中配置VPU_MEM_MB或在dts中配置reserved_memory，小核内存地址/大小填写对应的预留区域的地址和大小。

若大核不使用H264解码 -> 采用方式二，在uboot中配置RTOS_SIZE_MB，小核内存地址/大小填写RTOS专用区域的地址和大小。

具体配置步骤

根据情况设置小核的memory选项

有H264解码的情况

dts预留（reserved_memory）方式

cmdline预留(vpu_mem)方式

在uboot的boards.cfg配置表中配置VPU_MEM_MB作为h264解码预留内存

x2600e_base_xImage_sfc_nand		mips        xburst2     x2600_base            ingenic        x2600         x2600_base:SPL_SFC_NAND,MTD_SFCNAND,SPL_OS_BOOT,SPL_PARAMS_FIXER,X2600E_DDR,SPL_MCU_RTOS_BOOT,SHARE_MEM_MB=16,VPU_MEM_MB=32

内存布局示例（总内存256MB，SHARE_MEM_MB=16,VPU_MEM_MB=32）：

0MB-208MB：系统可用内存
208MB-240MB：vpu预留内存（vpu_mem）
240MB-256MB：共享内存（share_mem）
计算：208 = 256 - 16 - 32，240 = 256 - 16。

无H264解码的情况

此时只需为小核分配专用内存，通过RTOS_SIZE_MB指定大小，例如：

x2600e_base_xImage_sfc_nand		mips        xburst2     x2600_base            ingenic        x2600         x2600_base:SPL_SFC_NAND,MTD_SFCNAND,SPL_OS_BOOT,SPL_PARAMS_FIXER,X2600E_DDR,SPL_MCU_RTOS_BOOT,SHARE_MEM_MB=16,RTOS_SIZE_MB=32,RMEM_MB=8

H264硬件解码驱动（有解码时需要）

同大核LCD型号相同的LCD驱动 小核和大核的屏幕相关配置必须保持一致(lcd设备、背光设备、fb驱动)

根据大核需求配置小核的FrameBuffer驱动

勾选图像格式转换convert_yuv_to_rgb

修改完成配置后保存，在Linux工程目录/libmcu/vendor/vendor.c中，修改代码如下：

小核播放开机动画之后通知大核例子，源码位于/Linux工程目录/libmcu/example/fb_h264_boot_animation_example.c

开机动画文件位于/Linux工程目录/libmcu/example/resource/test.h264，可替换，格式仅限h264

#define VIDEO_WIDTH 1280
#define VIDEO_HEIGHT 720

/**
 * 提取视频文件中的h264 流可在pc端用ffmpeg 命令实现：
 * ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -profile:v baseline -an -f h264 output.h264
**/
INCBIN(h264, "example/resource/test.h264");

例子默认显示在fb1图层，可根据实际需求进行修改。

编译小核：

/Linux工程目录/libmcu$ make x2600_test_defconfig
/Linux工程目录/libmcu$ make

3.5 烧录

小核固件烧录方式：

使用cmd_mcu烧录
使用烧录工具烧录

目前仅支持x2600的riscv可使用烧录工具直接烧录。

打开烧录工具进行分区信息和固件地址的配置：

要烧录的固件配置好后，保存烧录配置，点击开始就可以进行烧录了。

烧录方法：点击开始，按住开发板BOOT键不放，开发板重新上电或按reset键复位开发板

4. rtos提前点亮屏幕显示logo配置

SPL(core0) 加载引导 RTOS(core0), RTOS(core0)同时进行加载kernel镜像和显示logo 任务, 二者均完成后返回SPL(core0), SPL(core0) 引导 kernel(core0)

大核以x2600e_nand_5.10_defconfig为例，rtos以x2600e_nand_defconfig为例。需要同步下载linux代码和freertos代码。

4.1 uboot配置

在工程的uboot路径下的boards.cfg配置表中，找到对应的编译配置，加上以下options

SHARE_MEM_MB=16,RTOS_SIZE_MB=32,RMEM_MB=8,QUICK_START
# SHARE_MEM_MB=16 分配16MB的内存给lcd和pwm背光使用(具体大小参考1.3 share_mem章节说明)
# RTOS_SIZE_MB=32 根据实际情况选择RTOS_SIZE_MB为rtos的memory
# RMEM_MB=8 分配8MB的大块连续内存
# QUICK_START 在spl阶段启rtos

4.2 IConfigTool-linux配置

LCD外设配置（lcd复位引脚、背光控制引脚、电源控制引脚）

FrameBuffer驱动选择lcd配置方式为使用rtos相同配置

RMEM shell命令(若rtos memory使用RTOS_SIZE_MB配置，且在uboot的boards.cfg配置了RMEM)

编译linux系统：

/Linux工程目录/build$ make x2600e_nand_5.10_defconfig
/Linux工程目录/build$ make

4.3 IConfigTool-rtos配置

rtos和linux的屏幕相关配置必须保持一致(lcd设备、背光设备、fb驱动)

配置rtos的memory

同大核LCD型号相同的LCD驱动

根据大核需求配置rtos的FrameBuffer驱动

libjpeg库

CMYK_TO_RGB图像格式转换

修改完成配置后保存，在rtos工程目录/freertos/vendor/vendor.c中，修改代码如下：

#include <stdio.h>
#include "../example/driver/quick_boot_logo_and_load_kernel_example.c"

void vendor_init(void *arg)
{
    printf("vendor init...\n");
    quick_boot_logo_and_load_kernel(arg);
}

rtos加载完logo进入kernel例子，源码位于/rtos工程目录/freertos/example/driver/quick_boot_logo_and_load_kernel_example.c

logo图片位于/rtos工程目录/freertos/example/resource/test.jpeg，可替换，格式仅限jpeg

/******************************boot_logo******************************/
#include <cmyk_to_rgb.h>
#include "jpeglib.h"
#include "jerror.h"

#include <driver/fb.h>
#include <driver/backlight.h>
#include <driver/irq.h>

#include <include_bin.h>
INCBIN(jpeg_display, "example/resource/test.jpeg");

例子默认为pwm背光，而linux和rtos的背光设备配置的是gpio背光，则需要修改例子为gpio背光方式

编译rtos系统：

/rtos工程目录/freertos$ make x2600e_nand_defconfig
/rtos工程目录/freertos$ make

4.4 烧录

分区表配置如下：在烧录工具分区内分配一块rtos分区：

rtos分区烧录/rtos工程目录/freertos/zero.bin文件，烧录成功后板子上电显示logo后启动linux。

1. 预留内存方式​

1.1 rmem​

1.2 rtos_size​

1.3 share_mem​

1.4 reserved_memory/vpu_mem​

2. 总体空间划分​

3.小核播放开机动画-大小核配置​

3.1 uboot配置​

3.2 kernel配置​

3.3 IConfigTool-大核配置​

3.4 IConfigTool-小核配置​

3.5 烧录​

4. rtos提前点亮屏幕显示logo配置​

4.1 uboot配置​

4.2 IConfigTool-linux配置​

4.3 IConfigTool-rtos配置​

4.4 烧录​