内存与IO访问原理
admin
2024-01-19 09:10:45

在X86中,实际上已经有了I/O空间的概念,这个I/O空间实际上就是相对于内存空间的意思,它是通过特定的指令in,out来访问。而这其中,端口号就标识了外设的寄存器地址,但是由于一般的arm等嵌入式控制器并不提供I/O空间,因此重点就在于内存空间。内存空间可以通过地址、指针来访问,而我们所学的C语言实际上就是通过指针来进行操作

unsigned char *p = (unsigned char *)0xF000FF00;*P=11;//含义:P指向的内存空间为0xF000FF00,在绝对地址0xF000FF00写入11

在Linux内存空间中申请内存涉及的函数主要包括kmallocvmalloc等,在使用申请内存函数时,需要考虑到物理地址与虚拟地址的转换。具体可以使用virt_to_phys()将虚拟地址转换为物理地址

#define _ _pa(x)  ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET)extern inline unsigned long virt_to_phys(volatile void * address){return _ _pa(address);}
//可以使用phys_to_virt(0将物理地址转换为虚拟地址
#define  _ _pa(x)      ((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET)extern inline unsigned long virt_to_phys(volatile void * address){return _ _pa (address);} 

通常来说,在使用到实际的设备时,都会采用一些寄存器用于控制设备,而这些寄存器根据功能的不同也分布在不同区域,包括I/O空间和内存空间。而在Linux中为了更方便的操作,提供了众多接口用于I/O端口和I/O内存操作

 eg:读I/O内存、写I/O内存、复制I/O内存、I/O端口申请和I/O内存申请等

通过对内存操作接口的熟悉,可以总结出以下设备驱动访问IO端口和IO内存的方法
3.1、
IO端口访问:直接使用IO端口操作函数
在设备打开或驱动模块被加载时申请IO端口区域,之后使用inb()outb()等进行端口访问,最后在设备关闭或驱动被卸载时释放IO端口范围

  eg:request_region()————inb(),outb()等————release_region()设备驱动模块加载    设备驱动初始化    设备驱动模块卸载

3.2、
IO端口访问:将IO端口映射为内存进行访问
在设备打开或驱动模块被加载时,申请IO端口区域并使用ioport_map()映射到内存,之后使用IO内存的函数进行端口访问,最后,在设备关闭或驱动模块被卸载时释放IO端口并释放映射

   eg:request_region()————ioport_map()————ioread32()————ioport_unmap()————release_region()设备驱动模块加载          设备驱动初始化             设备驱动模块卸载

3.3、
IO内存访问:将寄存器映射
首先调用request_mem_region()申请资源,然后将寄存器地址通过ioremap()映射到内核空间的虚拟地址,之后就Linux设备就可以访问这些寄存器了,访问完成后,使用iounmap()对申请的虚拟地址进行释放,并释放release_mem_region()申请的IO内存资源

  eg:request_mem_region()————ioremap()————ioread32()————iounmap()————release_mem_region()设备驱动模块加载         设备驱动初始化      设备驱动模块卸载  

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