使用Python的mmap强制进行32位访问？

Question

我在一台64位的ARM处理器上运行64位的Python。这个处理器上的AXI总线连接了一个FPGA（将总线和时钟域转换为32位宽）。但是，这个硬件不支持64位访问...

我正在尝试通过Python mmap方式（在类中）访问这个FPGA：

def __init__(self, base, len):
    self.base = base
    self.fd = open("/dev/mem", "r+")
    self.lw = mmap.mmap(self.fd.fileno(),
                        len,
                        mmap.MAP_SHARED,
                        mmap.PROT_READ | mmap.PROT_WRITE,
                        offset=base)

def get_U32(self, offset):
    s = self.lw[offset:offset+4]
    return struct.unpack("<I", s)[0]

想法是get_U32()从总线中读取32位的字（因此偏移量为offset到offset+4）。 不幸的是，似乎mmap无论如何都执行64位访问总线（我假设这是一种性能优化的缓存），然后执行32位"转换"。底层FPGA不高兴... 在C程序中，我只需编写：

data = *((uint32_t *) address);

目前CPU在其AXI总线上似乎轻松执行一个32位访问，这是底层硬件所偏爱的...（因此，我现在有一个(缓慢的)解决方法，Python需要一个C程序通过管道与硬件进行接口交互）

是否有一种方法强制64位Python执行32位访问，就像以前的C行显然成功了一样？

这里写的问题是关于读取32位，但当然，写入32位也是必需的...

- user1159290

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你确定吗？在FPGA上，通过使用C程序查看最终的32位总线，我只看到一个 strobe，而使用Python时我看到了2个 strobe：因此我的假设是C程序只访问32位。据我所知，AXI上的一些信号允许比最大64位更短的访问。也许我错了，因为我看不到那个总线，但是C和Python的访问在远端明显不同。 - user1159290

如果这个C程序是64位的，它仍然使用64位来读取地址。假设它与总线大小有关并没有太多意义。此外，应用程序中进行的所有操作都在其虚拟内存空间中完成，您甚至不需要处理物理内存地址。 - Havenard

mmap 使用操作系统来访问内存。C 代码直接通过地址访问 32 位数量。你正在比较苹果和橙子。 - martineau

你可以尝试使用这个答案中展示的di()函数来实现类似的功能。你也可以尝试使用32位版本的Python解释器来运行你的脚本。 - martineau

这个C程序当然也使用了mmap： fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC) map_base_axi = mmap(0, map_sz[1], PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, map_addr);然后，我引用的那一行。 - user1159290

Answer 1

根据@martineau的想法，可以使用Python ctypes来固定双探针，如下：

Original Answer翻译成"最初的回答"

s = ctypes.c_uint32.from_buffer(self.lw, offset).value #read

或者

types.c_uint32.from_buffer(self.lw, offset).value = s #write

这确实会强制Python执行与C中相同的32位访问，并去除在32位总线上进行的双重读取或写入探测。

然而，遗憾的是，Python似乎在每次写入之前都要先读取一次。 因此，上述解决方案对于读取来说非常有效，但当进行写操作时，仍然会在写入之前发生读取。在C中，当写入时我可以只进行单次写入操作。

我发布这篇文章是希望能对其他可能感兴趣的人有所帮助。如果您有解决这个最后问题（写入之前的读取）的方法，请在下面发布。

最初的回答：这段代码确实能够使Python执行与C相同的32位访问，并消除在32位总线上的双重读取或写入检测。但是很遗憾，在写操作之前，Python似乎需要进行一次读取。因此，这个解决方案适用于读取操作，但在写入操作时，仍然需要进行读取操作。如果您有办法解决这个问题，请在下面留言告诉我们。

- user1159290

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我们在解决同样的问题时，从这个答案中使用了memoryview解决方案，效果很好。 - Colm Ryan

Answer 2

关于这个问题的解决方案thread

你可以尝试像这样做：

 def __init__(self,offset,size=0x10000):
    self.offset = offset
    self.size = size
    
    mmap_file = os.open('/dev/mem', os.O_RDWR | os.O_SYNC)
    mem = mmap.mmap(mmap_file, self.size,
                    mmap.MAP_SHARED,
                    mmap.PROT_READ | mmap.PROT_WRITE,
                    offset=self.offset)
    os.close(mmap_file)
    self.array = np.frombuffer(mem, np.uint32, self.size >> 2)
    
def wread(self,address):
    idx = address >> 2
    return_val = int(self.array[idx])
    return return_val
    
def wwrite(self,address,data):
    idx = address >> 2
    self.array[idx] = np.uint32(data)

- Andy Wilson