X86 IO端口和MMIO

X86 IO端口和MMIO

I/O作为CPU和外设交流的一个渠道，主要分为两种，一种是Port I/O，一种是MMIO(Memory mapping I/O)。
前者就是我们常说的I/O端口，它实际上的应该被称为I/O地址空间。
对于x86架构来说，通过IN/OUT指令访问。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。

MMIO占用CPU的物理地址空间，对它的访问可以使用CPU访问内存的指令进行。一个形象的比喻是把文件用mmap()后，可以像访问内存一样访问文件、同样，MMIO是用访问内存一样的方式访问I/O资源，如设备上的内存。MMIO不能被cache，原因以前很多帖子论述过，就不多说了（有特殊情况，如VGA）。

Port I/O和MMIO的主要区别在于1）前者不占用CPU的物理地址空间，后者占有（这是对x86架构说的，一些架构，如IA64，port I/O占用物理地址空间）。2）前者是顺序访问。也就是说在一条I/O指令完成前，下一条指令不会执行。例如通过Port I/O对设备发起了操作，造成了设备寄存器状态变化，这个变化在下一条指令执行前生效。uncache的MMIO通过uncahce memory的特性保证顺序性。3）使用方式不同

由于port I/O有独立的64KI/O地址空间，但CPU的地址线只有一套，所以必须区分地址属于物理地址空间还是I/O地址空间。早期的CPU有一个M/I针脚来表示当前地址的类型，后来似乎改了。刚才查了一下，叫request command line，没搞懂，觉得还是一个针脚。

IBM PC架构规定了一些固定的I/O端口，ISA设备通常也有固定的I/O端口，这些可以通过ICH（南桥）的规范查到。PCI设备的I/O端口和MMIO基地址通过设备的PCI configure space报告给操作系统，这些内容以前的帖子都很多，可以查阅一下。

IOMMU架构
IOMMU是对于设备发起DMA操作来说的，你可以理解成设备用于做DMA的地址是一个虚拟地址（这个虚拟地址和我们平时说的那个不一样，是特指设备DMA用的地址，相对真实的物理地址而言。在没有IOMMU的情况下用的是物理地址）。
AMD,Intel,Sun,IBM都推出了自己的IOMMU技术，PCI-SIG协会也进行了相关的工作，