通过/dev/mem访问超4000字节报Bus Error及Python BRAM读写问题

你遇到的超过4000字节触发Bus Error的问题，主要来自三个核心原因：

• mmap映射长度未做页对齐：Linux 下mmap映射的第二个参数必须是页大小（通常为4KB）的整数倍，你当前直接传入length + virt_offset，当这个值不是页对齐时，访问映射边界外的地址就会触发SIGBUS。4000字节接近4KB页大小，超出后刚好跨页触发边界访问错误。
• 内核CONFIG_STRICT_DEVMEM限制：多数默认发行版内核开启了该配置，禁止用户空间访问1MB以上的物理内存地址，你使用的0xa0000000地址远高于该阈值，未关闭该配置会直接触发访问异常。
• numpy数组赋值范围不匹配：写操作时你直接用array[0:length] = data，如果data的长度和length>>2（32位单位的数量）不匹配，会触发越界访问。

前置准备 #

首先确认内核关闭了CONFIG_STRICT_DEVMEM：在内核编译配置中关掉该选项，或者启动内核时添加strict-devmem=0参数，重启后生效。

修正后的读代码 #

import os
import mmap
import numpy as np

def read_bram(raddr, size):
    page_size = mmap.PAGESIZE
    base_addr = raddr
    virt_base = base_addr & ~(page_size - 1)
    virt_offset = base_addr - virt_base
    # 映射长度向上做页对齐
    map_len = (virt_offset + size + page_size - 1) & ~(page_size - 1)
    mmap_file = os.open('/dev/mem', os.O_RDWR | os.O_SYNC)
    try:
        mem = mmap.mmap(mmap_file, map_len,
                        mmap.MAP_SHARED, mmap.PROT_READ | mmap.PROT_WRITE,
                        offset=virt_base)
        # 按实际需要的长度读取，copy后数据脱离mmap生命周期，关闭映射后仍可正常访问
        rdbuf = np.frombuffer(mem, dtype=np.uint32, count=size >> 2, offset=virt_offset).copy()
    finally:
        os.close(mmap_file)
        mem.close()
    return rdbuf

修正后的写代码 #

import os
import mmap
import numpy as np

def write_bram(waddr, data):
    page_size = mmap.PAGESIZE
    # data为uint32类型的numpy数组，计算总字节大小
    size = data.size * 4
    base_addr = waddr
    virt_base = base_addr & ~(page_size - 1)
    virt_offset = base_addr - virt_base
    # 映射长度向上做页对齐
    map_len = (virt_offset + size + page_size - 1) & ~(page_size - 1)
    mmap_file = os.open('/dev/mem', os.O_RDWR | os.O_SYNC)
    try:
        mem = mmap.mmap(mmap_file, map_len,
                        mmap.MAP_SHARED, mmap.PROT_READ | mmap.PROT_WRITE,
                        offset=virt_base)
        array = np.frombuffer(mem, dtype=np.uint32, count=size >> 2, offset=virt_offset)
        array[:] = data
        # 强制刷入物理内存，保证数据写入BRAM硬件
        mem.flush()
    finally:
        os.close(mmap_file)
        mem.close()

• 所有操作/dev/mem的程序必须以root权限运行，否则会没有访问权限。
• 确认BRAM的物理地址范围是连续的，且大小匹配你要读写的长度，不要访问BRAM地址范围之外的空间。
• 如果需要更高的读写性能，可以去掉os.O_SYNC标志，操作完成后手动调用mem.flush()保证数据写入硬件。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ram