[ARM筆記]設(shè)備IO端口和IO內(nèi)存的訪問

作者：時間：2016-12-05 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　設(shè)備通常會提供一組寄存器來用于控制設(shè)備、讀寫設(shè)備和獲取設(shè)備狀態(tài)，即控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和狀態(tài)寄存器。這些寄存器可能位于IO空間，也可能位于內(nèi)存空間。當(dāng)位于IO空間時，通常被稱為IO端口，位于內(nèi)存空間時，對應(yīng)的內(nèi)存空間成為IO內(nèi)存。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201612/341120.htm

　　1. Linux IO端口和IO內(nèi)存訪問接口

　　1.1 IO端口

　　在Linux設(shè)備驅(qū)動中，應(yīng)使用Linux內(nèi)核提供的函數(shù)來訪問定位于IO空間的端口，這些函數(shù)包括如下幾種：

　　(1)讀寫字節(jié)端口(8位寬)

　　unsigned inb(unsigned port);

　　void outb(unsigned char byte , unsigned port);

　　(2)讀寫字端口(16位寬)

　　unsigned inw(unsigned port);

　　void outw(unsigned char byte , unsigned port);

　　(3)讀寫長字端口(32位寬)

　　unsigned inl(unsigned port);

　　void outl(unsigned char byte , unsigned port);

　　(4)讀寫一串字

　　void insw(unsigned port , void *addr , unsigned long count);

　　void outsw(unsigned port , void *addr , unsigned long count);

　　(5)讀寫一串長字

　　void insl(unsigned port , void *addr , unsigned long count);

　　void outsl(unsigned port , void *addr , unsigned long count);

　　上述各函數(shù)中IO端口號port的類型高度依賴于具體的硬件平臺，因此，只是寫出了unsigned。

　　1.2 IO內(nèi)存

　　在內(nèi)核中訪問IO內(nèi)存之前，需首先使用ioremap()函數(shù)將設(shè)備所處的物理地址映射到虛擬地址。ioremap的原型如下：

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

　　ioremap()與vmalloc()類似，也需要建立新的頁表，但是它并不進(jìn)行vmalloc()中所執(zhí)行的內(nèi)存分配行為。ioremap()返回一個特殊的虛擬地址，該地址可用來存取特定的物理地址范圍。通過ioremap()獲得的虛擬地址應(yīng)該被iounmap()函數(shù)釋放，其原型為：

　　void iounmap(void *addr);

　　在設(shè)備的物理地址被映射到虛擬地址之后，盡管可以直接通過指針訪問這些地址，但是可以使用Linux內(nèi)核的如下一組函數(shù)來完成設(shè)備內(nèi)存映射的虛擬地址的讀寫，這些函數(shù)如下所示。

　　(1)讀IO內(nèi)存

　　unsigned int ioread8(void *addr);

　　unsigned int ioread16(void *addr);

　　unsigned int ioread32(void *addr);

　　與上述函數(shù)對應(yīng)的較早版本的函數(shù)為(這些函數(shù)在Linux2.6中仍然被支持)：

　　unsigned readb(address);

　　unsigned readw(address);

　　unsigned readl(address);

　　(2)寫IO內(nèi)存

　　void iowrite8(u8 value , void *addr);

　　void iowrite16(u16 value , void *addr);

　　void iowrite32(u32 value , void *addr);

　　與上述函數(shù)對應(yīng)的較早版本的函數(shù)為(這些函數(shù)在Linux2.6中仍然被支持)：

　　unsigned writeb(address);

　　unsigned writew(address);

　　unsigned writel(address);

　　(3)讀一串IO內(nèi)存

　　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);

　　(4)寫一串IO內(nèi)存

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

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

　　void iowrite32_rep(void *addr , void *buf , unsigned long count);

　　(5)復(fù)制IO內(nèi)存

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

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

　　(6)設(shè)置IO內(nèi)存

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

　　1.3 把IO端口映射到內(nèi)存空間

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

　　通過這個函數(shù)，可以把port開始的count個連續(xù)的IO端口重映射為一段“內(nèi)存空間”。然后就可以在其返回的地址上像訪問IO內(nèi)存一樣訪問這些IO端口。當(dāng)不再需要這種映射時，需要調(diào)用下面的函數(shù)來撤銷。

　　void ioport_unmap(void *addr);

　　實(shí)際上，分析ioport_map()的源代碼可發(fā)現(xiàn)，映射到內(nèi)存空間行為實(shí)際上是給開發(fā)人員制造的一個“假象”，并沒有映射到內(nèi)核虛擬地址，僅僅是為了讓工程師可使用統(tǒng)一的IO內(nèi)存訪問接口訪問IO端口。

　　2. 申請與釋放設(shè)備IO端口和IO內(nèi)存

　　2.1 IO端口申請

　　Linux內(nèi)核提供了一組函數(shù)用于申請和釋放IO端口。

　　struct resource *request_region(resource_size_t start, resource_size_t n, const char *name);

　　這個函數(shù)向內(nèi)核申請了n個端口，這些端口從first開始，name參數(shù)為設(shè)備的名稱。如果分配成功返回非NULL，失敗，則返回NULL。

　　當(dāng)用request_region()申請的IO端口使用完成后，應(yīng)當(dāng)使用release_region()函數(shù)將它們還給系統(tǒng)，這個函數(shù)的原型如下：

　　void release_region(resource_size_t start , resource_size_t n);

　　2.2 IO內(nèi)存申請

　　Linux內(nèi)核提供了一組函數(shù)用于申請和釋放IO內(nèi)存的范圍。

　　struct resource *request_mem_region(resource_size_t start, resource_size_t n, const char *name, const char *name);

　　這個函數(shù)向內(nèi)核申請n個內(nèi)存地址，這些地址從first開始，name參數(shù)為設(shè)備的名稱。如果分配成功返回值是非NULL，如果失敗，返回NULL。

　　當(dāng)用request_mem_region()申請的IO內(nèi)存使用完成后，應(yīng)當(dāng)使用release_region()函數(shù)將它們還給系統(tǒng)，這個函數(shù)的原型如下：

　　void release_region(resource_size_t start , resource_size_t n);

　　上述request_region()和release_mem_region()都不是必須的，但建議使用。其任務(wù)是檢查申請的資源是否可用，如果可用則申請成功，并標(biāo)志為已經(jīng)使用，其他驅(qū)動想再次申請?jiān)撡Y源就會失敗。

　　查看內(nèi)核源碼可知，request_region()和request_mem_region()調(diào)用的函數(shù)是一樣的，只是傳入?yún)?shù)的不同。

　　#define request_region(start,n,name) __request_region(&ioport_resource, (start), (n), (name))

　　#define request_mem_region(start,n,name) __request_region(&iomem_resource, (start), (n), (name))

　　3. 設(shè)備IO端口和IO內(nèi)存訪問流程

　　IO端口訪問的一種途徑是直接使用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(jìn)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。

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　　| request_region() | 在設(shè)備驅(qū)動模塊加載或open()函數(shù)中進(jìn)行

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　　| inb()、outb()等 | 在設(shè)備驅(qū)動初始化、write()、read()、iotcl()等函數(shù)中進(jìn)行

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　　| release_region()等 | 在設(shè)備驅(qū)動模塊卸載或release()函數(shù)中進(jìn)行

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　　IO端口的訪問流程(不映射到內(nèi)存空間)

　　IO端口訪問的另一種途徑是將IO端口映射為內(nèi)存進(jìn)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(jìn)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端口并釋放映射。整個流程如下圖所示：

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　　| |

　　| request_region()等 |

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　　| 在設(shè)備驅(qū)動模塊加載或open()函數(shù)中進(jìn)行

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　　| ioport_map()等 |

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　　| ioread8、ioread16、 | 在設(shè)備驅(qū)動初始化、write()、read()、ioctl等函數(shù)中調(diào)用