本篇講解下如何訪問IO外設(shè)的內(nèi)存和端口資源

What is io mem and io port

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無論是x86，還是arm平臺，都需要使用大量的外設(shè)提供豐富多彩的功能，對于PC而言，有鍵盤，鼠標(biāo)，觸摸板，觸摸屏等等，手機還有更多傳感器，加速度，陀螺儀等等。IO設(shè)備一般擁有3類資源，中斷(irq)，內(nèi)存(mem)和端口(port)，例如x86上的指紋模塊就需要port資源，而touchpad需要irq來通知中斷產(chǎn)生。
一般來說，x86上的設(shè)備資源都定義在ACPI表中，而arm上的設(shè)備資源寫在devicetree中。不過也有一些資源寫死在hardcode中。

Address concept

物理地址空間，一部分給物理RAM（內(nèi)存）用，一部分給總線用。在PC機中，一般是把低端物理地址給RAM用，高端物理地址給總線用。

• 一致編址：外設(shè)接口中的IO寄存器（即IO端口）與主存單元相同看待，每個端口占用一個存儲單元的地址，將主存的一部分劃出來用作IO地址空間
• 獨立編址：x86就是獨立編址，IO地址與存儲地址分隔獨立編址，也就是說內(nèi)存的部分地址和IO是重疊的。因此CPU也不能通過使用訪問內(nèi)存的辦法訪問IO，必須使用專用的IO指令，即readb/writeb for iomem， inb/outb for ioport. PC架構(gòu)一共有65536個8bit的I/O端口，組成64K個I/O地址空間，編號從0~0xFFFF，有16位。

How to read/write IO port

1. 直接使用IO端口操作函數(shù)：在設(shè)備打開或驅(qū)動模塊被加載時申請IO端口區(qū)域，之后使用inb(),outb()等進行端口訪問，最后在設(shè)備關(guān)閉或驅(qū)動被卸載時釋放IO端口范圍。

   
   
   io訪問

inb( )、inw( )、inl( )分別從I/O端口讀取1、2或4個連續(xù)字節(jié)。后綴“b”、“w”、“l(fā)”分別代表一個字節(jié)（8位）、一個字（16位）以及一個長整型（32位）。
inb_p( )、inw_p( )、inl_p( )分別從I/O端口讀取1、2或4個連續(xù)字節(jié)，然后執(zhí)行一條“啞元（dummy，即空指令）”指令使CPU暫停。

2.將IO端口映射為內(nèi)存進行訪問，在設(shè)備打開或驅(qū)動模塊被加載時，申請IO端口區(qū)域并使用ioport_map()映射到內(nèi)存，之后使用IO內(nèi)存的函數(shù)進行端口訪問，最后，在設(shè)備關(guān)閉或驅(qū)動模塊被卸載時釋放IO端口并釋放映射。
在進行映射前，還必須通過request_region()分配I/O resource
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void *ioport_map(unsigned long port, unsigned int count);
void ioport_unmap(void *addr);
'''
返回映射的內(nèi)存地址，可以使用指針訪問，建議使用函數(shù)
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unsigned int ioread8(void *addr);
unsigned int ioread16(void *addr);
unsigned int ioread32(void *addr);
'''

ioremap()將vmalloc區(qū)的某段虛擬內(nèi)存塊映射到io mem， 首先找到塊空閑的vmalloc塊，然后修改內(nèi)核頁表進行映射，不過不需要通過伙伴系統(tǒng)分配物理頁面，因為映射的是io mem，不是ram

ARM上使用of_iomap()

How to read/write IO mem

IO內(nèi)存的訪問方法是：首先調(diào)用request_mem_region()申請資源，接著將寄存器地址通過ioremap()映射到內(nèi)核空間的虛擬地址，之后就可以Linux設(shè)備訪問編程接口訪問這些寄存器了，訪問完成后，使用ioremap()對申請的虛擬地址進行釋放，并釋放release_mem_region()申請的IO內(nèi)存資源。

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

這個函數(shù)從內(nèi)核申請len個內(nèi)存地址（在3G~4G之間的虛地址），而這里的start為I/O物理地址，name為設(shè)備的名稱。注意，如果分配成功，則返回非NULL，否則，返回NULL。

另外，可以通過/proc/iomem查看系統(tǒng)給各種設(shè)備的內(nèi)存范圍。

要釋放所申請的I/O內(nèi)存，應(yīng)當(dāng)使用release_mem_region（）函數(shù)：

void release_mem_region(unsigned longstart, unsigned long len)

申請一組I/O內(nèi)存后，調(diào)用ioremap()函數(shù)：

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

其中三個參數(shù)的含義為：phys_addr：與requset_mem_region函數(shù)中參數(shù)start相同的I/O物理地址；size：要映射的空間的大小；flags：要映射的IO空間的和權(quán)限有關(guān)的標(biāo)志；

功能：將一個I/O地址空間映射到內(nèi)核的虛擬地址空間上(通過requset _mem_region（）申請到的)