IO端口映射和IO内存映射(详解S3C24XX_GPIO驱动)

不过Intel x86平台普通使用了名为内存映射（MMIO）的技术，该技术是PCI规范的一部分，IO设备端口被映射到内存空间，映射后，CPU访问IO端口就如同访问内存一样。看Intel TA 719文档给出的x86/x64系统典型内存地址分配表：
系统资源占用

对于某一既定的系统，它要么是独立编址、要么是统一编址，具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。 如，PowerPC、m68k等采用统一编址，而X86等则采用独立编址，存在IO空间的概念。目前，大多数嵌入式微控制器如ARM、PowerPC等并 不提供I/O空间，仅有内存空间，可直接用地址、指针访问。但对于Linux内核而言，它可能用于不同的CPU，所以它必须都要考虑这两种方式，于是它采 用一种新的方法，将基于I/O映射方式的或内存映射方式的I/O端口通称为"I/O区域"（I/O region），不论你采用哪种方式，都要先申请IO区域：request_resource()，结束时释放 它：release_resource()。

2）对外设的访问

1、访问I/O内存的流程是：request_mem_region()->ioremap()->ioread8()/iowrite8()->iounmap()->release_mem_region()。
前面说过，IO内存是统一编址下的概念，对于统一编址，IO地址空间是物理主存的一部分，对于编程而言，我们只能操作虚拟内存，所以，访问的第一步就是要把设备所处的物理地址映射到虚拟地址，Linux2.6下用ioremap():
void *ioremap(unsigned long offset, unsigned long size);
然后，我们可以直接通过指针来访问这些地址，但是也可以用Linux内核的一组函数来读写：
ioread8(), iowrite16(), ioread8_rep(), iowrite8_rep()......

2、访问I/O端口
访问IO端口有2种途径：I/O映射方式（I/O－mapped）、内存映射方式（Memory－mapped）。前一种途径不映射到内存空间，直接使用intb()/outb()之类的函数来读写IO端口；后一种MMIO是先把IO端口映射到IO内存（"内存空间"），再使用访问IO内存的函数来访问IO端口。
void ioport_map(unsigned long port, unsigned int count);
通过这个函数，可以把port开始的count个连续的IO端口映射为一段"内存空间"，然后就可以在其返回的地址是像访问IO内存一样访问这些IO端口。

（三）Linux下的IO端口和IO内存
CPU对外设端口物理地址的编址方式有两种：一种是IO映射方式，另一种是内存映射方式。
　Linux将基于IO映射方式的和内存映射方式的IO端口统称为IO区域（IO region）。
　　IO region仍然是一种IO资源，因此它仍然可以用resource结构类型来描述。

Linux管理IO region：

1) request_region()

把一个给定区间的IO端口分配给一个IO设备。

2) check_region()

检查一个给定区间的IO端口是否空闲，或者其中一些是否已经分配给某个IO设备。

3) release_region()

释放以前分配给一个IO设备的给定区间的IO端口。

Linux中可以通过以下辅助函数来访问IO端口：

inb(),inw(),inl(),outb(),outw(),outl()

"b""w""l"分别代表8位，16位，32位。

　对IO内存资源的访问

1) request_mem_region()

请求分配指定的IO内存资源。

2) check_mem_region()

检查指定的IO内存资源是否已被占用。

3) release_mem_region()

释放指定的IO内存资源。

其中传给函数的start address参数是内存区的物理地址（以上函数参数表已省略）。

驱动开发人员可以将内存映射方式的IO端口和外设内存统一看作是IO内存资源。

ioremap()用来将IO资源的物理地址映射到内核虚地址空间（3GB - 4GB）中，参数addr是指向内核虚地址的指针。

Linux中可以通过以下辅助函数来访问IO内存资源：

readb(),readw(),readl(),writeb(),writew(),writel()。

Linux在kernel/resource.c文件中定义了全局变量ioport_resource和iomem_resource，来分别描述基于IO映射方式的整个IO端口空间和基于内存映射方式的IO内存资源空间（包括IO端口和外设内存）。

1）关于IO与内存空间：
在X86处理器中存在着I/O空间的概念，I/O空间是相对于内存空间而言的，它通过特定的指令in、out来访问。端口号标识了外设的寄存器地址。Intel语法的in、out指令格式为：
IN累加器, {端口号│DX}
OUT {端口号│DX},累加器
目前，大多数嵌入式微控制器如ARM、PowerPC等中并不提供I/O空间，而仅存在内存空间。内存空间可以直接通过地址、指针来访问，程序和程序运行中使用的变量和其他数据都存在于内存空间中。
即便是在X86处理器中，虽然提供了I/O空间，如果由我们自己设计电路板，外设仍然可以只挂接在内存空间。此时，CPU可以像访问一个内存单元那样访问外设I/O端口，而不需要设立专门的I/O指令。因此，内存空间是必须的，而I/O空间是可选的。