IO端口映射和IO内存映射(详解S3C24XX_GPIO驱动)
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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
BIOS 1M 本地APIC 4K 芯片组保留 2M IO APIC 4K PCI设备 256M PCI Express设备 256M PCI设备(可选) 256M 显示帧缓存 16M TSEG 1M |
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。
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