I/O端口与I/O内存

端口的概念：设备通过系统总线上的接口与CPU相连，接口电路中含有多种寄存器，CPU向设备读写数据实际上是向接口上的寄存器读写数据，这些寄存器称为I/O端口。一个接口通常包含控制端口，数据端口，状态端口。

地址的概念：

物理地址：地址总线上的地址，物理地址种很大一部分时留给内存的，也常被映射到其他存储器或总线上。

总线地址：总线的地址线或在地址周期产生的信号。CPU使用物理地址，外设使用总线地址。物理地址与总线地址的关系由系统设计决定。

　　　　　　对于x86平台，物理地址就是总线地址。

虚拟地址：现代操作系统普遍使用虚拟内存管理VMM机制。这需要CPU中MMU的支持。这样CPU发出的内存地址将被MMU截获，这个地址被称为虚拟地址。MMU将地址映射成物理地址发送的地址总线上。

linux中，进程中的4GB虚拟内存分为用户空间和内核空间，用户空间0-3GB，剩下的1GB为内核空间。程序员只能使用虚拟地址，系统中的每个进程都有自己的私有用户空间（0-3GB），这个空间对其他进程时不可见的。

端口编址方式：

对外设的读写都是通过读写接口上的寄存器来完成的。端口的编址方式有两种：统一编址和独立编址

统一编址：外设端口地址占用内存空间，也被称为内存映射方式。

独立编址：外设端口地址不占用内存空间，有自己的I/O地址空间。CPU通过专门的指令来访问I/O地址空间。I/O地址空间分配见/proc/ioports

linux将内存映射方式和I/O映射方式的I/O端口通称为I/O区域，无论采用那种编址方式都需要先申请I/O区域

PC架构一共有65536个8bit的I/O端口，组成64KI/O地址空间，编号从0~0xFFFF。连续两个8bit的端口可以组成一个16bit的端口，连续4个组成一个32bit的端口。I/O地址空间和CPU的物理地址空间是两个不同的概念，例如I/O地址空间为64K，一个32bit的CPU物理地址空间是4G。

I/O端口的操作：

申请I/O端口：

/*

request_region告诉内核：要使用first开始的n个端口。参数name为设备名。

如果分配成功返回值是非NULL；否则无法使用需要的端口

(/proc/ioports包含了系统当前所有端口的分配信息，

若request_region分配失败时，可以查看该文件，看谁先用了你要的端口)

*/

struct resource *request_region(unsigned long first, unsigned long n, const char *name);

访问I/O端口：

Linux 内核头文件(体系依赖的头文件<asm/io.h>) 定义了下列内联函数来存取I/O端口

/* inb/outb:读/写字节端口(8位宽)。有些体系将port参数定义为unsigned long；而有些平台则将它定义为unsigned short。inb的返回类型也是依赖体系的 */

unsigned inb(unsigned port);

void outb(unsigned char byte, unsigned port)

/* inw/outw:读/写字端口(16位宽） */

unsigned inw(unsigned port);

void outw(unsigned short word, unsigned port);

/* inl/outl:读/写32位端口。longword也是依赖体系的，有的体系为unsigned long；而有的为unsigned int */

unsigned inl(unsigned port);

void outl(unsigned longword, unsigned port);

释放I/O端口：

/* 用完I/O端口后(可能在模块卸载时)，应当调用release_region将I/O端口返还给系统。参数start和n应与之前传递给request_region一致 */

void release_region(unsigned long start, unsigned long n);

I/O内存的操作：

根据计算机体系和总线不同，I/O 内存可分为可以或者不可以通过页表来存取。

若通过页表存取，内核必须先重新编排物理地址，使其对驱动程序可见，这就意味着在进行任何I/O操作之前，你必 须调用ioremap；

如果不需要页表，I/O内存区域就类似于I/O端口，你可以直接使用适当的I/O函数读写它们。

申请I/O内存：

I/O 内存区在使用前必须先分配。分配内存区的函数接口在<linux/ioport.h>中定

/*request_mem_region 分配一个始于start ，len字节的I/O内存

分配成功，返回一个非NULL指针，失败则放回NULL

系统当前所有I/O内存分配信息都在/proc/iomem文件中列出，你分配失败时，可以看看该文件，看谁先占用了该内存区 */

struct resource *request_mem_region(unsigned long start, unsigned long len, char *name);

映射：

在访问I/O内存之前，分配I/O内存并不是唯一要求的步骤，你还必须保证内核可存取该I/O内存。

访问I/O内存并不只是简单解引用指针，在许多体系中，I/O 内存无法以这种方式直接存取。

因此，还必须通过ioremap 函数设置一个映射。

/* ioremap用于将I/O内存区映射到虚拟地址。参数phys_addr为要映射的I/O内存起始地址，参数size为要映射的I/O内存的大小，返回值为被映射到的虚拟地址 */

void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size);

I/O内存访问：

经过 ioremap之后，设备驱动就可以存取任何I/O内存地址。

ioremap返回的地址不可以直接解引用，应当使用内核提供的访问函数。

访问I/O内存的正确方式是通过一系列专门用于实现此目的的函数：

#include <asm/io.h>

/* I/O内存读函数。参数addr应当是从ioremap获得的地址(可能包含一个整型偏移); 返回值是从给定I/O内存读取到的值 */

unsigned int ioread8(void *addr);

unsigned int ioread16(void *addr);

unsigned int ioread32(void *addr)

/* I/O内存写函数。参数addr同I/O内存读函数，参数value为要写的值 */

void iowrite8(u8 value, void *addr);

void iowrite16(u16 value, void *addr);

void iowrite32(u32 value, void *addr);

/* 以下这些函数读和写一系列值到一个给定的 I/O 内存地址,从给定的buf读或写count个值到给定的addr。参数count表示要读写的数据个数，而不是字节大小 */

void ioread8_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);

void ioread16_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);

void ioread32_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);

void iowrite8_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);

void iowrite16_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);

void iowrite32_rep(void *addr,，onst void *buf,，nsigned long count);

/* 需要操作一块I/O 地址时，使用下列函数(这些函数的行为类似于它们的C库类似函数): */

void memset_io(void *addr, u8 value, unsigned int count);

void memcpy_fromio(void *dest, void *source, unsigned int count);

void memcpy_toio(void *dest, void *source, unsigned int count);

/* 旧的I/O内存读写函数，不推荐使用 */

unsigned readb(address);

unsigned readw(address);

unsigned readl(address);

void writeb(unsigned value, address);

void writew(unsigned value, address);

void writel(unsigned value, address);

I/O内存释放：

void iounmap(void * addr); /* iounmap用于释放不再需要的映射 */

void release_mem_region(unsigned long start, unsigned long len); /* iounmap用于释放不再需要的映射 */

像I/O内存一样使用I/O端口

/* ioport_map重新映射count个I/O端口，使它们看起来I/O内存。

此后，驱动程序可以在ioport_map返回的地址上使用ioread8和同类函数

这样，就可以在编程时，消除了I/O 端口和I/O 内存的区别 */

void *ioport_map(unsigned long port, unsigned int count)

void ioport_unmap(void *addr);/* ioport_unmap用于释放不再需要的映射 */

来源：http://blog.163.com/cl2006ky@126/blog/static/87195173201332410243241/

还可以看：http://blog.sina.com.cn/s/blog_450e7a870100msqb.html