IO端口與IO內(nèi)存區(qū)別詳解

（一）地址的概念

1）物理地址：CPU地址總線傳來(lái)的地址，由硬件電路控制其具體含義。物理地址中很大一部分是留給內(nèi)存條中的內(nèi)存的，但也常被映射到其他存儲(chǔ)器上（如顯存、BIOS等）。在程序指令中的虛擬地址經(jīng)過(guò)段映射和頁(yè)面映射后，就生成了物理地址，這個(gè)物理地址被放到CPU的地址線上。

物理地址空間，一部分給物理RAM（內(nèi)存）用，一部分給總線用，這是由硬件設(shè)計(jì)來(lái)決定的，因此在32bits地址線的x86處理器中，物理地址空間是2的32次方，即4GB，但物理RAM一般不能上到4GB，因?yàn)檫€有一部分要給總線用（總線上還掛著別的許多設(shè)備）。在PC機(jī)中，一般是把低端物理地址給RAM用，高端物理地址給總線用。

2）總線地址：總線的地址線或在地址周期上產(chǎn)生的信號(hào)。外設(shè)使用的是總線地址，CPU使用的是物理地址。

物理地址與總線地址之間的關(guān)系由系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決定的。在x86平臺(tái)上，物理地址就是總線地址，這是因?yàn)樗鼈児蚕硐嗤牡刂房臻g——這句話有點(diǎn)難理解，詳見(jiàn)下面的“獨(dú)立編址”。在其他平臺(tái)上，可能需要轉(zhuǎn)換/映射。比如：CPU需要訪問(wèn)物理地址是0xfa000的單元，那么在x86平臺(tái)上，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)PCI總線上對(duì)0xfa000地址的訪問(wèn)。因?yàn)槲锢淼刂泛涂偩€地址相同。

3）虛擬地址：現(xiàn)代操作系統(tǒng)普遍采用虛擬內(nèi)存管理（VirtualMemory Management）機(jī)制，這需要MMU（MemoryManagement Unit）的支持。MMU通常是CPU的一部分，如果處理器沒(méi)有MMU，或者有MMU但沒(méi)有啟用，CPU執(zhí)行單元發(fā)出的內(nèi)存地址將直接傳到芯片引腳上，被內(nèi)存芯片（物理內(nèi)存）接收，這稱為物理地址（Physical Address），如果處理器啟用了MMU，CPU執(zhí)行單元發(fā)出的內(nèi)存地址將被MMU截獲，從CPU到MMU的地址稱為虛擬地址（Virtual Address），而MMU將這個(gè)地址翻譯成另一個(gè)地址發(fā)到CPU芯片的外部地址引腳上，也就是將虛擬地址映射成物理地址。

Linux中，進(jìn)程的4GB（虛擬）內(nèi)存分為用戶空間、內(nèi)核空間。用戶空間分布為0~3GB（即PAGE_OFFSET，在0X86中它等于0xC0000000），剩下的1G為內(nèi)核空間。程序員只能使用虛擬地址。系統(tǒng)中每個(gè)進(jìn)程有各自的私有用戶空間（0～3G），這個(gè)空間對(duì)系統(tǒng)中的其他進(jìn)程是不可見(jiàn)的。

CPU發(fā)出取指令請(qǐng)求時(shí)的地址是當(dāng)前上下文的虛擬地址，MMU再?gòu)捻?yè)表中找到這個(gè)虛擬地址的物理地址，完成取指。同樣讀取數(shù)據(jù)的也是虛擬地址，比如mov ax， var. 編譯時(shí)var就是一個(gè)虛擬地址，也是通過(guò)MMU從也表中來(lái)找到物理地址，再產(chǎn)生總線時(shí)序，完成取數(shù)據(jù)的。

（二）編址方式

1）對(duì)外設(shè)的編址

外設(shè)都是通過(guò)讀寫設(shè)備上的寄存器來(lái)進(jìn)行的，外設(shè)寄存器也稱為“I/O端口”，而IO端口有兩種編址方式：獨(dú)立編址和統(tǒng)一編制。

統(tǒng)一編址：外設(shè)接口中的IO寄存器（即IO端口）與主存單元一樣看待，每個(gè)端口占用一個(gè)存儲(chǔ)單元的地址，將主存的一部分劃出來(lái)用作IO地址空間，如，在 PDP-11中，把最高的4K主存作為IO設(shè)備寄存器地址。端口占用了存儲(chǔ)器的地址空間，使存儲(chǔ)量容量減小。

統(tǒng)一編址也稱為“I/O內(nèi)存”方式，外設(shè)寄存器位于“內(nèi)存空間”（很多外設(shè)有自己的內(nèi)存、緩沖區(qū)，外設(shè)的寄存器和內(nèi)存統(tǒng)稱“I/O空間”）。

如，Samsung的S3C2440，是32位ARM處理器，它的4GB地址空間被外設(shè)、RAM等瓜分：

0x8000 1000 LED 8*8點(diǎn)陣的地址

0x4800 0000 ~ 0x6000 0000 SFR（特殊暫存器）地址空間

0x3800 1002 鍵盤地址

0x3000 0000 ~ 0x3400 0000 SDRAM空間

0x2000 0020 ~ 0x2000 002e IDE

0x1900 0300 CS8900

獨(dú)立編址（單獨(dú)編址）：IO地址與存儲(chǔ)地址分開(kāi)獨(dú)立編址，I/0端口地址不占用存儲(chǔ)空間的地址范圍，這樣，在系統(tǒng)中就存在了另一種與存儲(chǔ)地址無(wú)關(guān)的IO地址，CPU也必須具有專用與輸入輸出操作的IO指令（IN、OUT等）和控制邏輯。獨(dú)立編址下，地址總線上過(guò)來(lái)一個(gè)地址，設(shè)備不知道是給IO端口的、還是給存儲(chǔ)器的，于是處理器通過(guò)MEMR/MEMW和IOR/IOW兩組控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O端口和存儲(chǔ)器的不同尋址。如，intel80x86就采用單獨(dú)編址，CPU內(nèi)存和I/O是一起編址的，就是說(shuō)內(nèi)存一部分的地址和I/O地址是重疊的。

獨(dú)立編址也稱為“I/O端口”方式，外設(shè)寄存器位于“I/O（地址）空間”。

對(duì)于x86架構(gòu)來(lái)說(shuō)，通過(guò)IN/OUT指令訪問(wèn)。PC架構(gòu)一共有65536個(gè)8bit的I/O端口，組成64K個(gè)I/O地址空間，編號(hào)從0~0xFFFF，有16位，80x86用低16位地址線A0-A15來(lái)尋址。連續(xù)兩個(gè)8bit的端口可以組成一個(gè)16bit的端口，連續(xù)4個(gè)組成一個(gè) 32bit的端口。I/O地址空間和CPU的物理地址空間是兩個(gè)不同的概念，例如I/O地址空間為64K，一個(gè)32bit的CPU物理地址空間是4G。如，在Intel 8086+Redhat9.0 下用“more/proc/ioports”可看到：

0000-001f ： dma1

0020-003f ： pic1

0040-005f ： timer

0060-006f ： keyboard

0070-007f ： rtc

0080-008f ： dma page reg

00a0-00bf ： pic2

00c0-00df ： dma2

00f0-00ff ： fpu

0170-0177 ： ide1

……

不過(guò)Intelx86平臺(tái)普通使用了名為內(nèi)存映射（MMIO）的技術(shù)，該技術(shù)是PCI規(guī)范的一部分，IO設(shè)備端口被映射到內(nèi)存空間，映射后，CPU訪問(wèn)IO端口就如同訪問(wèn)內(nèi)存一樣?？碔ntelTA 719文檔給出的x86/x64系統(tǒng)典型內(nèi)存地址分配表：

系統(tǒng)資源 占用

BIOS 1M

本地APIC 4K

芯片組保留 2M

IO APIC 4K

PCI設(shè)備 256M

PCI Express設(shè)備256M

PCI設(shè)備（可選） 256M

顯示幀緩存 16M

TSEG 1M

對(duì)于某一既定的系統(tǒng)，它要么是獨(dú)立編址、要么是統(tǒng)一編址，具體采用哪一種則取決于CPU的體系結(jié)構(gòu)。如，PowerPC、m68k等采用統(tǒng)一編址，而X86等則采用獨(dú)立編址，存在IO空間的概念。目前，大多數(shù)嵌入式微控制器如ARM、PowerPC等并不提供I/O空間，僅有內(nèi)存空間，可直接用地址、指針訪問(wèn)。但對(duì)于Linux內(nèi)核而言，它可能用于不同的CPU，所以它必須都要考慮這兩種方式，于是它采用一種新的方法，將基于I/O映射方式的或內(nèi)存映射方式的I/O端口通稱為“I/O區(qū)域”（I/O region），不論你采用哪種方式，都要先申請(qǐng)IO區(qū)域：request_resource（），結(jié)束時(shí)釋放它：release_resource（）。

（三）不同體系結(jié)構(gòu)編址方式總結(jié)

幾乎每一種外設(shè)都是通過(guò)讀寫設(shè)備上的寄存器來(lái)進(jìn)行的。外設(shè)寄存器也稱為“I/O端口”，通常包括：控制寄存器、狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)寄存器三大類，而且一個(gè)外設(shè)的寄存器通常被連續(xù)地編址。CPU對(duì)外設(shè)IO端口物理地址的編址方式有兩種：一種是I/O映射方式（I/O－mapped），另一種是內(nèi)存映射方式（Memory－mapped）。而具體采用哪一種則取決于CPU的體系結(jié)構(gòu)。

有些體系結(jié)構(gòu)的CPU（如，PowerPC、m68k等）通常只實(shí)現(xiàn)一個(gè)物理地址空間（RAM）。在這種情況下，外設(shè)I/O端口的物理地址就被映射到CPU的單一物理地址空間中，而成為內(nèi)存的一部分。此時(shí)，CPU可以象訪問(wèn)一個(gè)內(nèi)存單元那樣訪問(wèn)外設(shè)I/O端口，而不需要設(shè)立專門的外設(shè)I/O指令。這就是所謂的“內(nèi)存映射方式”（Memory－mapped）。

而另外一些體系結(jié)構(gòu)的CPU（典型地如X86）則為外設(shè)專門實(shí)現(xiàn)了一個(gè)單獨(dú)地地址空間，稱為“I/O地址空間”或者“I/O端口空間”。這是一個(gè)與CPU地RAM物理地址空間不同的地址空間，所有外設(shè)的I/O端口均在這一空間中進(jìn)行編址。CPU通過(guò)設(shè)立專門的I/O指令（如X86的IN和OUT指令）來(lái)訪問(wèn)這一空間中的地址單元（也即I/O端口）。這就是所謂的“I/O映射方式”（I/O－mapped）。與RAM物理地址空間相比，I/O地址空間通常都比較小，如x86 CPU的I/O空間就只有64KB（0－0xffff）。這是“I/O映射方式”的一個(gè)主要缺點(diǎn)。

Linux將基于I/O映射方式的或內(nèi)存映射方式的I/O端口通稱為“I/O區(qū)域”（I/Oregion）。在討論對(duì)I/O區(qū)域的管理之前，我們首先來(lái)分析一下Linux是如何實(shí)現(xiàn)“I/O資源”這一抽象概念的。

（四）IO端口與IO內(nèi)存區(qū)別

在驅(qū)動(dòng)程序編寫過(guò)程中，很少會(huì)注意到IO Port和IO Mem的區(qū)別。雖然使用一些不符合規(guī)范的代碼可以達(dá)到最終目的，這是極其不推薦使用的。

結(jié)合下圖，我們徹底講述IO端口和IO內(nèi)存以及內(nèi)存之間的關(guān)系。主存16M字節(jié)的SDRAM，外設(shè)是個(gè)視頻采集卡，上面有16M字節(jié)的SDRAM作為緩沖區(qū)。

1. CPU是i386架構(gòu)的情況

在i386系列的處理中，內(nèi)存和外部IO是獨(dú)立編址，也是獨(dú)立尋址的。MEM的內(nèi)存空間是32位可以尋址到4G，IO空間是16位可以尋址到64K。

在Linux內(nèi)核中，訪問(wèn)外設(shè)上的IO Port必須通過(guò)IO Port的尋址方式。而訪問(wèn)IO Mem就比較羅嗦，外部MEM不能和主存一樣訪問(wèn)，雖然大小上不相上下，可是外部MEM是沒(méi)有在系統(tǒng)中注冊(cè)的。訪問(wèn)外部IO MEM必須通過(guò)remap映射到內(nèi)核的MEM空間后才能訪問(wèn)。

為了達(dá)到接口的同一性，內(nèi)核提供了IO Port到IO Mem的映射函數(shù)。映射后IO Port就可以看作是IO Mem，按照IO Mem的訪問(wèn)方式即可。

2. CPU是ARM 或PPC架構(gòu)的情況

在這一類的嵌入式處理器中，IO Port的尋址方式是采用內(nèi)存映射，也就是IO bus就是Mem bus。系統(tǒng)的尋址能力如果是32位，IO Port＋Mem（包括IO Mem）可以達(dá)到4G。

訪問(wèn)這類IO Port時(shí)，我們也可以用IO Port專用尋址方式。至于在對(duì)IO Port尋址時(shí)，內(nèi)核是具體如何完成的，這個(gè)在內(nèi)核移植時(shí)就已經(jīng)完成。在這種架構(gòu)的處理器中，仍然保持對(duì)IO Port的支持，完全是i386架構(gòu)遺留下來(lái)的問(wèn)題，在此不多討論。而訪問(wèn)IO Mem的方式和i386一致。

3、IO端口和IO內(nèi)存的區(qū)分及聯(lián)系

這兩者如何區(qū)分就涉及到硬件知識(shí)，X86體系中，具有兩個(gè)地址空間：IO空間和內(nèi)存空間，而RISC指令系統(tǒng)的CPU（如ARM、PowerPC等）通常只實(shí)現(xiàn)一個(gè)物理地址空間，即內(nèi)存空間。

內(nèi)存空間：內(nèi)存地址尋址范圍，32位操作系統(tǒng)內(nèi)存空間為2的32次冪，即4G。

IO空間：X86特有的一個(gè)空間，與內(nèi)存空間彼此獨(dú)立的地址空間，32位X86有64K的IO空間。

IO端口：當(dāng)寄存器或內(nèi)存位于IO空間時(shí)，稱為IO端口。一般寄存器也俗稱I/O端口，或者說(shuō)I/Oports，這個(gè)I/O端口可以被映射在MemorySpace，也可以被映射在I/OSpace。

IO內(nèi)存：當(dāng)寄存器或內(nèi)存位于內(nèi)存空間時(shí)，稱為IO內(nèi)存。

（五）在Linux下對(duì)IO端口與IO內(nèi)存訪問(wèn)方式總結(jié)

1）在Linux下訪問(wèn)IO端口

對(duì)于某一既定的系統(tǒng)，它要么是獨(dú)立編址、要么是統(tǒng)一編址，具體采用哪一種則取決于CPU的體系結(jié)構(gòu)。如，PowerPC、m68k等采用統(tǒng)一編址，而X86等則采用獨(dú)立編址，存在IO空間的概念。目前，大多數(shù)嵌入式微控制器如ARM、PowerPC等并不提供I/O空間，僅有內(nèi)存空間，可直接用地址、指針訪問(wèn)。但對(duì)于Linux內(nèi)核而言，它可能用于不同的CPU，所以它必須都要考慮這兩種方式，于是它采用一種新的方法，將基于I/O映射方式的或內(nèi)存映射方式的I/O端口通稱為“I/O區(qū)域”（I/O region），不論你采用哪種方式，都要先申請(qǐng)IO區(qū)域：request_resource（），結(jié)束時(shí)釋放它：release_resource（）。

IO region是一種IO資源，因此它可以用resource結(jié)構(gòu)類型來(lái)描述。

訪問(wèn)IO端口有2種途徑：I/O映射方式（I/O－mapped）、內(nèi)存映射方式（Memory－mapped）。前一種途徑不映射到內(nèi)存空間，直接使用 intb（）/outb（）之類的函數(shù)來(lái)讀寫IO端口；后一種MMIO是先把IO端口映射到IO內(nèi)存（“內(nèi)存空間”），再使用訪問(wèn)IO內(nèi)存的函數(shù)來(lái)訪問(wèn) IO端口。

1、I/O映射方式

直接使用IO端口操作函數(shù)：在設(shè)備打開(kāi)或驅(qū)動(dòng)模塊被加載時(shí)申請(qǐng)IO端口區(qū)域，之后使用inb（），outb（）等進(jìn)行端口訪問(wèn)，最后在設(shè)備關(guān)閉或驅(qū)動(dòng)被卸載時(shí)釋放IO端口范圍。

in、out、ins和outs匯編語(yǔ)言指令都可以訪問(wèn)I/O端口。內(nèi)核中包含了以下輔助函數(shù)來(lái)簡(jiǎn)化這種訪問(wèn)：

inb（ ）、inw（ ）、inl（ ）

分別從I/O端口讀取1、2或4個(gè)連續(xù)字節(jié)。后綴“b”、“w”、“l(fā)”分別代表一個(gè)字節(jié)（8位）、一個(gè)字（16位）以及一個(gè)長(zhǎng)整型（32位）。

inb_p（ ）、inw_p（ ）、inl_p（ ）

分別從I/O端口讀取1、2或4個(gè)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。

outb（ ）、outw（ ）、outl（ ）

分別向一個(gè)I/O端口寫入1、2或4個(gè)連續(xù)字節(jié)。

outb_p（ ）、outw_p（ ）、outl_p（ ）

分別向一個(gè)I/O端口寫入1、2或4個(gè)連續(xù)字節(jié)，然后執(zhí)行一條“啞元”指令使CPU暫停。

insb（ ）、insw（ ）、insl（ ）

分別從I/O端口讀入以1、2或4個(gè)字節(jié)為一組的連續(xù)字節(jié)序列。字節(jié)序列的長(zhǎng)度由該函數(shù)的參數(shù)給出。

outsb（ ）、outsw（ ）、outsl（ ）

分別向I/O端口寫入以1、2或4個(gè)字節(jié)為一組的連續(xù)字節(jié)序列。

流程如下：

雖然訪問(wèn)I/O端口非常簡(jiǎn)單，但是檢測(cè)哪些I/O端口已經(jīng)分配給I/O設(shè)備可能就不這么簡(jiǎn)單了，對(duì)基于ISA總線的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更是如此。通常，I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?yàn)榱颂綔y(cè)硬件設(shè)備，需要盲目地向某一I/O端口寫入數(shù)據(jù)；但是，如果其他硬件設(shè)備已經(jīng)使用這個(gè)端口，那么系統(tǒng)就會(huì)崩潰。為了防止這種情況的發(fā)生，內(nèi)核必須使用“資源”來(lái)記錄分配給每個(gè)硬件設(shè)備的I/O端口。資源表示某個(gè)實(shí)體的一部分，這部分被互斥地分配給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。在這里，資源表示I/O端口地址的一個(gè)范圍。每個(gè)資源對(duì)應(yīng)的信息存放在resource數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中：

1. struct resource {

2. resource_size_t start;// 資源范圍的開(kāi)始

3. resource_size_t end;// 資源范圍的結(jié)束

4. const char *name; //資源擁有者的名字

5. unsigned long flags;// 各種標(biāo)志

6. struct resource *parent， *sibling， *child;// 指向資源樹中父親，兄弟和孩子的指針

7. };

所有的同種資源都插入到一個(gè)樹型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（父親、兄弟和孩子）中；例如，表示I/O端口地址范圍的所有資源都包括在一個(gè)根節(jié)點(diǎn)為ioport_resource的樹中。節(jié)點(diǎn)的孩子被收集在一個(gè)鏈表中，其第一個(gè)元素由child指向。sibling字段指向鏈表中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

為什么使用樹？例如，考慮一下IDE硬盤接口所使用的I/O端口地址－比如說(shuō)從0xf000到 0xf00f。那么，start字段為0xf000且end 字段為0xf00f的這樣一個(gè)資源包含在樹中，控制器的常規(guī)名字存放在name字段中。但是，IDE設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要記住另外的信息，也就是IDE鏈主盤使用0xf000到0xf007的子范圍，從盤使用0xf008到0xf00f的子范圍。為了做到這點(diǎn)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序把兩個(gè)子范圍對(duì)應(yīng)的孩子插入到從0xf000到0xf00f的整個(gè)范圍對(duì)應(yīng)的資源下。一般來(lái)說(shuō)，樹中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)肯定相當(dāng)于父節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)范圍的一個(gè)子范圍。I/O端口資源樹（ioport_resource）的根節(jié)點(diǎn)跨越了整個(gè)I/O地址空間（從端口0到65535）。

任何設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都可以使用下面三個(gè)函數(shù)，傳遞給它們的參數(shù)為資源樹的根節(jié)點(diǎn)和要插入的新資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地址：

request_resource（） //把一個(gè)給定范圍分配給一個(gè)I/O設(shè)備。

allocate_resource（） //在資源樹中尋找一個(gè)給定大小和排列方式的可用范圍；若存在，將這個(gè)范圍分配給一個(gè)I/O設(shè)備（主要由PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使用，可以使用任意的端口號(hào)和主板上的內(nèi)存地址對(duì)其進(jìn)行配置）。

release_resource（） //釋放以前分配給I/O設(shè)備的給定范圍。

內(nèi)核也為以上函數(shù)定義了一些應(yīng)用于I/O端口的快捷函數(shù)：request_region（ ）分配I/O端口的給定范圍，release_region（ ）釋放以前分配給I/O端口的范圍。當(dāng)前分配給I/O設(shè)備的所有I/O地址的樹都可以從/proc/ioports文件中獲得。

2、內(nèi)存映射方式

將IO端口映射為內(nèi)存進(jìn)行訪問(wèn)，在設(shè)備打開(kāi)或驅(qū)動(dòng)模塊被加載時(shí)，申請(qǐng)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(wèn)，最后，在設(shè)備關(guān)閉或驅(qū)動(dòng)模塊被卸載時(shí)釋放IO端口并釋放映射。

映射函數(shù)的原型為：

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

通過(guò)這個(gè)函數(shù)，可以把port開(kāi)始的count個(gè)連續(xù)的I/O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(wèn)I/O內(nèi)存一樣訪問(wèn)這些I/O端口。但請(qǐng)注意，在進(jìn)行映射前，還必須通過(guò)request_region（）分配I/O端口。

當(dāng)不再需要這種映射時(shí)，需要調(diào)用下面的函數(shù)來(lái)撤消：

void ioport_unmap（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(guò)指針訪問(wèn)這些地址，但是宜使用Linux內(nèi)核的如下一組函數(shù)來(lái)完成訪問(wèn)I/O內(nèi)存：讀I/O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(duì)應(yīng)的較早版本的函數(shù)為（這些函數(shù)在Linux 2.6中仍然被支持）：

unsigned readb（address）;

unsigned readw（address）;

unsigned readl（address）;

·寫I/O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(duì)應(yīng)的較早版本的函數(shù)為（這些函數(shù)在Linux 2.6中仍然被支持）：

void writeb（unsigned value， address）;

void writew（unsigned value， address）;

void writel（unsigned value， address）;

流程如下：

2）Linux下訪問(wèn)IO內(nèi)存

IO內(nèi)存的訪問(wèn)方法是：首先調(diào)用request_mem_region（）申請(qǐng)資源，接著將寄存器地址通過(guò)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(wèn)編程接口訪問(wèn)這些寄存器了，訪問(wèn)完成后，使用ioremap（）對(duì)申請(qǐng)的虛擬地址進(jìn)行釋放，并釋放release_mem_region（）申請(qǐng)的IO內(nèi)存資源。

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

這個(gè)函數(shù)從內(nèi)核申請(qǐng)len個(gè)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(guò)/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(qǐng)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(qǐng)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(gè)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?。?/p>

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(gè)I/O地址空間映射到內(nèi)核的虛擬地址空間上（通過(guò)requset _mem_region（）申請(qǐng)到的）

流程如下：

3）ioremap和ioport_map

下面具體看一下ioport_map和ioport_umap的源碼：

1. void __iomem *ioport_map（unsigned long port， unsigned int nr）

2. {

3. if （port 》 PIO_MASK）

4. return NULL;

5. return （void __iomem *） （unsigned long） （port + PIO_OFFSET）;

6. }

7.

8. void ioport_unmap（void __iomem *addr）

9. {

10. /* Nothing to do */

11. }

ioport_map僅僅是將port加上PIO_OFFSET（64k），而ioport_unmap則什么都不做。這樣portio的64k空間就被映射到虛擬地址的64k~128k之間，而ioremap返回的虛擬地址則肯定在3G之上。ioport_map函數(shù)的目的是試圖提供與ioremap一致的虛擬地址空間。分析ioport_map（）的源代碼可發(fā)現(xiàn)，所謂的映射到內(nèi)存空間行為實(shí)際上是給開(kāi)發(fā)人員制造的一個(gè)“假象”，并沒(méi)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I/O內(nèi)存訪問(wèn)接口ioread8/iowrite8（。。.。。.）訪問(wèn)I/O端口。

最后來(lái)看一下ioread8的源碼，其實(shí)現(xiàn)也就是對(duì)虛擬地址進(jìn)行了判斷，以區(qū)分IO端口和IO內(nèi)存，然后分別使用inb/outb和readb/writeb來(lái)讀寫。

1. unsigned int fastcall ioread8（void __iomem *addr）

2. {

3. IO_COND（addr， return inb（port）， return readb（addr））;

4. }

5.

6. #define VERIFY_PIO（port） BUG_ON（（port & ~PIO_MASK） ！= PIO_OFFSET）

7. #define IO_COND（addr， is_pio， is_mmio） do { \

8. unsigned long port = （unsigned long __force）addr; \

9. if （port 《 PIO_RESERVED） { \

10. VERIFY_PIO（port）; \

11. port &= PIO_MASK; \

12. is_pio; \

13. } else { \

14. is_mmio; \

15. } \

16. } while （0）

17.

18. 展開(kāi)：

19. unsigned int fastcall ioread8（void __iomem *addr）

20. {

21. unsigned long port = （unsigned long __force）addr;

22. if（ port 《 0x40000UL ） {

23. BUG_ON（ （port & ~PIO_MASK） ！= PIO_OFFSET ）;

24. port &= PIO_MASK;

25. return inb（port）;

26. }else{

27. return readb（addr）;

28. }

29. }