【Linux开发】linux设备驱动归纳总结（五）：2.操作硬件——IO内存

linux设备驱动归纳总结（五）：2.操作硬件——IO内存

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在之前章节的驱动，都没有对硬件进行操作，接写来将从我之前学的裸板驱动开始，讲解在linux系统下如何访问硬件。

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一、IO端口与IO内存

介绍之前可以看看以下的博客：http://blogold.chinaunix.net/u2/66435/showart_2137870.html

x86体系和ARM体系的寻址方式是有差别的：

在x86下，为了能够满足CPU高速地运行，内存与CPU之间通过北桥相连并通过地址方式访问，而外设通过南桥与CPU相连并通过端口访问。

在ARM下也实现了类似的操作，通过两条不同的总线（AHB
BUS和APB BUS）来连接不同访问速度的外设。但是它与x86不同，无论是内存还是外设，ARM都是通过地址访问。

因为这两种访问方式的不同，linux分出了两种不同的访问操作：

以地址方式访问硬件——使用IO内存操作。

以端口方式访问硬件——使用IO端口操作。

在ARM下，访问寄存器就像访问内存一样——从指定的寄存器地址获取数据，修改。所以，ARM下一般是使用IO内存的操作。但这并不是说IO端口的操作在ARM下不能用，它们的代码差不多，只是没有使用的必要，下面也将介绍IO内存操作。

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二、如何使用IO内存获得硬件的地址

之前已经说过，不能在linux使用实际的物理地址，要对指定的物理地址进行操作，必须要先将物理地址与虚拟地址对应，通过虚拟地址访问。于是有了以下的物理地址映射函数：

#include

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

其实这也是上一节介绍的内存分配的一种方式，它同样会建立新页表来管理虚拟地址。函数传入两个参数，需要访问的物理内存（寄存器）的首地址phys_addr和这段内存区域的大小size，返回与该段物理地址对应的虚拟地址。这段地址可以多次被映射，当然，每次映射的虚拟地址也不一样。

对应的也有撤销映射关系的函数：

void ioumap(void *addr);

接下来，我将会从一个裸板的ARMled驱动开始，讲解linux下的操作和裸板有什么不一样。

我的ARM裸板程序是在linux下编写的，我不知道这跟win下使用ADS有什么区别，在裸板驱动中，一般我是通过这样的办法来操作寄存器的：

首先，先给个地址定义个容易记的名字：

#define GPECON *(volatile unsigned long *) 0x56000040

接着，我就要操作这个GPECON寄存器了：

*GPECON &= ~(3 << 24); //将24和25位清零

*GPECON |= (1 << 24); //将24和25位分别赋值为1、0

可以看到，操作寄存器其实就是拿个地址出来进行操作。其实在linux下也是一样，只是操作的时候不能使用物理地址，需要用映射出来的虚拟地址。

上个函数，这个程序我将要点亮连在我开发板上的led灯，这个灯接在我开发板的GPE12上，如果需要下载程序运行，需要改一下接口。

/*5th_mm_2/1st/test.c*/

1 #include

2 #include

3

4 #include //上面介绍的函数需要包含该头文件

5

6 volatile unsigned long virt, phys; //用于存放虚拟地址和物理地址

7 volatile unsigned long *GPECON, *GPEDAT, *GPEUP; //用与存放三个寄存器的地址

8

9 void led_device_init(void)

10 {

11 phys = 0x56000000;
//1、指定物理地址

12 virt = (unsigned
long)ioremap(phys, 0x0c); //2、通过ioremap获得对应的虚拟地址

字节的大小

14 GPECON = (unsigned
long *)(virt + 0x40); //3、指定需要操作的三个寄存器的地址

15 GPEDAT = (unsigned
long *)(virt + 0x44);

16 GPEUP = (unsigned
long *)(virt + 0x48);

17 }

18

19 void led_configure(void) //led配置函数

20 {

21 *GPECON &= ~(3 << 24); //配置GPE12为输出端口

22 *GPECON |= (1 << 24); //先清零再赋值

23

24 *GPEUP |= (1 << 12); //禁止上拉电阻

25 }

26

27 void led_on(void) //点亮led

28 {

29 *GPEDAT &= ~(1 << 12);

30 }

31

32 void led_off(void) //灭掉led

33 {

34 *GPEDAT |= (1 << 12);

35 }

36

37 static int __init test_init(void) //模块初始化函数

38 {

39 led_device_init();

40 led_configure();

41 led_on();

42 printk("hello led!\n");

43 return 0;

44 }

45

46 static void __exit test_exit(void) //模块卸载函数

47 {

48 led_off();

49 iounmap((void
*)virt); //注意，即使取消了映射，通过之前的虚拟地址还能访问硬件，

50 printk("bye\n"); //但不是肯定可以，只要该虚拟地址被内核改动后就不行了。

51 }

52

53 module_init(test_init);

54 module_exit(test_exit);

55

56 MODULE_LICENSE("GPL");

57 MODULE_AUTHOR("xoao bai");

58 MODULE_VERSION("v0.1");

从上面的程序可以看到，除了获得地址有点和裸板驱动不一样外，寄存器的操作还是一样的。

接下来验证一下：

[root: 1st]# insmod test.ko

hello led! //这时候灯亮了

[root: 1st]# rmmod test

bye //灯灭了

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三、改进函数，使用更好的内存访问接口

为了实现更好的移植性，上面的程序就有缺陷了。内核建议，尽量使用内核提供的内存访问接口：

#include

//从内存读取数据,返回值是指定内存地址中的值

unsigned int ioread8(void *addr)

unsigned int ioread16(void *addr)

unsigned int ioread32(void *addr)

//往指定内存地址写入数据

void iowrite8(u8 value, void *addr)

void iowrite16(u16 value, void *addr)

void iowrite32(u32 value, void *addr)

一般常用的是32位内存存取接口。

接下来就改进一下函数，其实实质没有改变，上面的函数是根据对应的平台体系结构编写的，这样可以提高驱动的移植性。

/*5th_mm_2/1st/test.c*/

1 #include

2 #include

3

4 #include

5 #include

6

7 volatile unsigned long virt, phys;

8 volatile unsigned long *GPECON, *GPEDAT, *GPEUP;

9 unsigned long
reg;

10

11 void led_device_init(void)

12 {

13 phys = 0x56000000;

14 virt = (unsigned long)ioremap(phys, SZ_16);
//这里只是想介绍一下，在asm/sizes.h中有一下

15 //定义好用来表示内存大小的宏，这里其实我只

16 GPECON = (unsigned long *)(virt + 0x40); //需要12个字节，并不需要16个字节。

17 GPEDAT = (unsigned long *)(virt + 0x44);

18 GPEUP = (unsigned long *)(virt + 0x48);

19 }

20

21 void led_configure(void)

22 {

23 //*GPECON &= ~(3 << 24);

24 //*GPECON |= (1 << 24);

25 reg = ioread32(GPECON);

26 reg &= ~(3
<< 24);

27 reg |= (1
<< 24);

28 iowrite32(reg,
GPECON);

29

30 //*GPEUP |= (1 << 12);

31 reg = ioread32(GPEUP);

32 reg &= ~(3
<< 12);

33 iowrite32(reg,
GPEUP);

34 }

35

36 void led_on(void)

37 {

38 //*GPEDAT &= ~(1 << 12);

39 reg = ioread32(GPEDAT);

40 reg &= ~(1
<< 12);

41 iowrite32(reg,
GPEDAT);

42 }

43

44 void led_off(void)

45 {

46 //*GPEDAT |= (1 << 12);

47 reg = ioread32(GPEDAT);

48 reg |= (1
<< 12);

49 iowrite32(reg,
GPEDAT);

50 }

51

52 static int __init test_init(void) //模块初始化函数

53 {

54 led_device_init();

55 led_configure();

56 led_on();

57 printk("hello led!\n");

58 return 0;

59 }

60

61 static void __exit test_exit(void) //模块卸载函数

62 {

63 led_off();

64 iounmap((void *)virt);

65 printk("bye\n");

66 }

67

68 module_init(test_init);

69 module_exit(test_exit);

70

71 MODULE_LICENSE("GPL");

72 MODULE_AUTHOR("xoao bai");

73 MODULE_VERSION("v0.1");

会发现发现，程序将原来直接访问内存的一句话变成了3句话，其他都没有改变。

我就不验证了，效果其实是一样的。

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四、再改进一下程序：

在使用IO内存映射操作之前，其实还可以添加一个步骤：分配内存区域。

#include

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

该函数从start开始分配len字节长的内存空间。如果成功，返回一个结构体指针，但这结构体我们没必要用，如果失败返回NULL。成功后，可以在.proc/iomem查看到name的信息。

其实调用request_mem_region()不是必须的，但是建议使用。该函数的任务是检查申请的资源是否可用，如果可用则申请成功，并标志为已经使用，其他驱动想再申请该资源时就会失败。

如果不再使用，需要调用释放函数：

void release_mem_region(unsigned
long start, unsigned long len)

现在把这两个函数加上去：

/*5th_mm_2/3rd/test.c*/

1 #include

2 #include

3

4 #include

5 #include

6

7 volatile unsigned long virt, phys;

8 volatile unsigned long *GPECON, *GPEDAT, *GPEUP;

9 unsigned long reg;

10 struct resource
*led_resource;

11

12 void led_device_init(void)

13 {

14 phys = 0x56000000;

15 virt = (unsigned long)ioremap(phys, 0x0c);

16

17 GPECON = (unsigned long *)(virt + 0x40);

18 GPEDAT = (unsigned long *)(virt + 0x44);

19 GPEUP = (unsigned long *)(virt + 0x48);

20 }

21

22 void led_configure(void)

23 {

24 reg = ioread32(GPECON);

25 reg &= ~(3 << 24);

26 reg |= (1 << 24);

27 iowrite32(reg, GPECON);

28

29 reg = ioread32(GPEUP);

30 reg &= ~(3 << 12);

31 iowrite32(reg, GPEUP);

32 }

33

34 void led_on(void)

35 {

36 reg = ioread32(GPEDAT);

37 reg &= ~(1 << 12);

38 iowrite32(reg, GPEDAT);

39 }

40

41 void led_off(void)

42 {

43 reg = ioread32(GPEDAT);

44 reg |= (1 << 12);

45 iowrite32(reg, GPEDAT);

46 }

47

48 static int __init test_init(void) //模块初始化函数

49 {

50 led_device_init();

51

52 led_resource
= request_mem_region(phys, 0x0c, "LED_MEM");

53 if(NULL ==
led_resource){

54 printk("request mem error!\n");

55 return - ENOMEM;

56 }

57

58 led_configure();

59 led_on();

60 printk("hello led!\n");

61 return 0;

62 }

63

64 static void __exit test_exit(void) //模块卸载函数

65 {

66 if(NULL
!= led_resource){

67 led_off();

68 iounmap((void *)virt);

69 release_mem_region(phys,
0x0c);

70 }

71 printk("bye\n");

72 }

73

74 module_init(test_init);

75 module_exit(test_exit);

76

77 MODULE_LICENSE("GPL");

78 MODULE_AUTHOR("xoao bai");

79 MODULE_VERSION("v0.1");

写完就得验证一下：

[root: 3rd]# insmod test.ko

hello led! //灯亮了

[root: 3rd]# cat /proc/iomem

19000300-19000310 : cs8900

19000300-19000310 : cs8900

。。。。

56000000-5600000b : LED_MEM //看到了

57000000-570000ff : s3c2410-rtc

57000000-570000ff : s3c2410-rtc

5a000000-5a0fffff : s3c2440-sdi

[root: 3rd]# rmmod test

bye //灯灭了

[root: 3rd]# cat /proc/iomem //LED_MEM不见了

19000300-19000310 : cs8900

19000300-19000310 : cs8900

。。。。。。

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五、总结

今天介绍的内容不多，其实就几个函数，下面重温一下使用IO内存的步骤：

其中第一步和最后一步可以不做。

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源代码： 5th_mm_2.rar