[ARM筆記](méi)設備IO端口和IO內存的訪(fǎng)問(wèn)
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設備通常會(huì )提供一組寄存器來(lái)用于控制設備、讀寫(xiě)設備和獲取設備狀態(tài)，即控制寄存器、數據寄存器和狀態(tài)寄存器。這些寄存器可能位于IO空間，也可能位于內存空間。當位于IO空間時(shí)，通常被稱(chēng)為IO端口，位于內存空間時(shí)，對應的內存空間成為IO內存。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201612/341120.htm1. Linux IO端口和IO內存訪(fǎng)問(wèn)接口
1.1 IO端口
在Linux設備驅動(dòng)中，應使用Linux內核提供的函數來(lái)訪(fǎng)問(wèn)定位于IO空間的端口，這些函數包括如下幾種：
(1)讀寫(xiě)字節端口(8位寬)
unsigned inb(unsigned port);
void outb(unsigned char byte , unsigned port);
(2)讀寫(xiě)字端口(16位寬)
unsigned inw(unsigned port);
void outw(unsigned char byte , unsigned port);
(3)讀寫(xiě)長(cháng)字端口(32位寬)
unsigned inl(unsigned port);
void outl(unsigned char byte , unsigned port);
(4)讀寫(xiě)一串字
void insw(unsigned port , void *addr , unsigned long count);
void outsw(unsigned port , void *addr , unsigned long count);
(5)讀寫(xiě)一串長(cháng)字
void insl(unsigned port , void *addr , unsigned long count);
void outsl(unsigned port , void *addr , unsigned long count);
上述各函數中IO端口號port的類(lèi)型高度依賴(lài)于具體的硬件平臺，因此，只是寫(xiě)出了unsigned。
1.2 IO內存
在內核中訪(fǎng)問(wèn)IO內存之前，需首先使用ioremap()函數將設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(lèi)似，也需要建立新的頁(yè)表，但是它并不進(jìn)行vmalloc()中所執行的內存分配行為。ioremap()返回一個(gè)特殊的虛擬地址，該地址可用來(lái)存取特定的物理地址范圍。通過(guò)ioremap()獲得的虛擬地址應該被iounmap()函數釋放，其原型為：
void iounmap(void *addr);
在設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(fǎng)問(wèn)這些地址，但是可以使用Linux內核的如下一組函數來(lái)完成設備內存映射的虛擬地址的讀寫(xiě)，這些函數如下所示。
(1)讀IO內存
unsigned int ioread8(void *addr);
unsigned int ioread16(void *addr);
unsigned int ioread32(void *addr);
與上述函數對應的較早版本的函數為(這些函數在Linux2.6中仍然被支持)：
unsigned readb(address);
unsigned readw(address);
unsigned readl(address);
(2)寫(xiě)IO內存
void iowrite8(u8 value , void *addr);
void iowrite16(u16 value , void *addr);
void iowrite32(u32 value , void *addr);
與上述函數對應的較早版本的函數為(這些函數在Linux2.6中仍然被支持)：
unsigned writeb(address);
unsigned writew(address);
unsigned writel(address);
(3)讀一串IO內存
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(xiě)一串IO內存
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)復制IO內存
void memcpy_fromio(void *dest , void *source , unsigned int count);
void memcpy_toio(void *dest , void *source , unsigned int count);
(6)設置IO內存
void memset_io(void *addr , u8 value , unsigned int count);
1.3 把IO端口映射到內存空間
void *ioport_map(unsigned long port , unsigned int count);
通過(guò)這個(gè)函數，可以把port開(kāi)始的count個(gè)連續的IO端口重映射為一段“內存空間”。然后就可以在其返回的地址上像訪(fǎng)問(wèn)IO內存一樣訪(fǎng)問(wèn)這些IO端口。當不再需要這種映射時(shí)，需要調用下面的函數來(lái)撤銷(xiāo)。
void ioport_unmap(void *addr);
實(shí)際上，分析ioport_map()的源代碼可發(fā)現，映射到內存空間行為實(shí)際上是給開(kāi)發(fā)人員制造的一個(gè)“假象”，并沒(méi)有映射到內核虛擬地址，僅僅是為了讓工程師可使用統一的IO內存訪(fǎng)問(wèn)接口訪(fǎng)問(wèn)IO端口。
2. 申請與釋放設備IO端口和IO內存
2.1 IO端口申請
Linux內核提供了一組函數用于申請和釋放IO端口。
struct resource *request_region(resource_size_t start, resource_size_t n, const char *name);
這個(gè)函數向內核申請了n個(gè)端口，這些端口從first開(kāi)始，name參數為設備的名稱(chēng)。如果分配成功返回非NULL，失敗，則返回NULL。
當用request_region()申請的IO端口使用完成后，應當使用release_region()函數將它們還給系統，這個(gè)函數的原型如下：
void release_region(resource_size_t start , resource_size_t n);
2.2 IO內存申請
Linux內核提供了一組函數用于申請和釋放IO內存的范圍。
struct resource *request_mem_region(resource_size_t start, resource_size_t n, const char *name, const char *name);
這個(gè)函數向內核申請n個(gè)內存地址，這些地址從first開(kāi)始，name參數為設備的名稱(chēng)。如果分配成功返回值是非NULL，如果失敗，返回NULL。
當用request_mem_region()申請的IO內存使用完成后，應當使用release_region()函數將它們還給系統，這個(gè)函數的原型如下：
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，并標志為已經(jīng)使用，其他驅動(dòng)想再次申請該資源就會(huì )失敗。
查看內核源碼可知，request_region()和request_mem_region()調用的函數是一樣的，只是傳入參數的不同。
#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. 設備IO端口和IO內存訪(fǎng)問(wèn)流程
IO端口訪(fǎng)問(wèn)的一種途徑是直接使用IO端口操作函數：在設備打開(kāi)或驅動(dòng)模塊被加載時(shí)申請IO端口區域，之后使用inb()、outb()等進(jìn)行端口訪(fǎng)問(wèn)，最后，在設備關(guān)閉或驅動(dòng)被卸載時(shí)釋放IO端口范圍。
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| request_region() | 在設備驅動(dòng)模塊加載或open()函數中進(jìn)行
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| inb()、outb()等 | 在設備驅動(dòng)初始化、write()、read()、iotcl()等函數中進(jìn)行
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| release_region()等 | 在設備驅動(dòng)模塊卸載或release()函數中進(jìn)行
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IO端口的訪(fǎng)問(wèn)流程(不映射到內存空間)
IO端口訪(fǎng)問(wèn)的另一種途徑是將IO端口映射為內存進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)：在設備打開(kāi)或驅動(dòng)模塊被加載時(shí)，申請IO端口區域并使用ioport_map()映射到內存，之后使用IO內存的函數進(jìn)行端口訪(fǎng)問(wèn)，最后，在設備關(guān)閉或驅動(dòng)被卸載時(shí)釋放IO端口并釋放映射。整個(gè)流程如下圖所示：
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| request_region()等 |
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| 在設備驅動(dòng)模塊加載或open()函數中進(jìn)行
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| ioport_map()等 |
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| ioread8、ioread16、 | 在設備驅動(dòng)初始化、write()、read()、ioctl等函數中調用
| ioread32、iowrite8等 |
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| ioport_unmap() |
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___________________________ /在設備驅動(dòng)卸載或release()函數中調用
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| release_region() | /
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IO端口的訪(fǎng)問(wèn)流程(映射到內存空間)
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| request_mem_region()等 |
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| 在設備驅動(dòng)模塊加載或open()函數中進(jìn)行
__________________________________ /
| | /
| ioremap()等 |/
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| ioread8、ioread16、 | 在設備驅動(dòng)初始化、write()、read()、ioctl等函數中調用
| ioread32、iowrite8等 |
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| iounmap() |
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______________________________ /在設備驅動(dòng)卸載或release()函數中調用
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| release_mem_region() | /
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