Linux對I O埠資源的管理 ZZ

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linux設計了乙個通用的資料結構resource來描述各種i/o資源(如：i/o埠、外設記憶體、dma和irq等)。該結構定義在include/linux/ioport.h標頭檔案中：

struct

resource

;linux對i/o資源的管理

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linux是以一種倒置的樹形結構來管理每一類i/o資源(如：i/o埠、外設記憶體、dma和irq)的。每一類i/o資源都對應有一顆倒置的資源樹，樹中的每乙個節點都是乙個resource結構，而樹的根結點root則描述了該類資源的整個資源空間。

基於上述這個思想，linux在kernel/resource.c檔案中實現了對資源的申請、釋放及查詢等操作。

資源的申請:

request_resource()

資源的釋放: release_resource()

尋找可用資源: -

-find_resource()

分配資源: allocate_resource()

管理i/o region資源

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linux將基於i/o對映方式的i/o埠和基於記憶體對映方式的i/o埠資源統稱為「i/o區域」(i/o region)。i/o region仍然是一種i/o資源，因此它仍然可以用resource結構型別來描述。下面我們就來看看linux是如何管理i/o region的。

i/o region的分配: __request_region()

i/o region的釋放: __release_region()

檢查指定的i/o region是否已被占用: __check_region()

管理i/o埠資源

linux在kernel/resource.c檔案中定義了全域性變數ioport_resource和iomem_resource，來分別描述基於i/o對映方式的整個i/o埠空間和基於記憶體對映方式的i/o記憶體資源空間(包括i/o埠和外設記憶體)。其定義如下：

struct resourceioport_resource = ;

struct resourceiomem_resource = ;

其中，巨集io_space_limit表示整個i/o空間的大小，對於x86平台而言，它是0xffff(定義在include/asm-i386/io.h標頭檔案中)。顯然，i/o記憶體空間的大小是4gb。

對i/o埠空間的操作:

基於i/o region的操作函式__***_region()，linux在標頭檔案include/linux/ioport.h中定義了三個對i/o埠空間進行操作的介面：

request_region() 請求在i/o埠空間中分配指定範圍的i/o埠資源。

check_region() 檢查i/o埠空間中的指定i/o埠資源是否已被占用。

release_region() 釋放i/o埠空間中的指定i/o埠資源。

對i/o記憶體資源的操作:

基於i/o region的操作函式__***_region()，linux在標頭檔案include/linux/ioport.h中定義了三個對i/o記憶體資源進行操作的介面：

request_mem_region() 請求分配指定的i/o記憶體資源。

check_mem_region() 檢查指定的i/o記憶體資源是否已被占用。

release_mem_region() 釋放指定的i/o記憶體資源。

訪問i/o埠空間

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在驅動程式請求了i/o埠空間中的埠資源後，它就可以通過cpu的io指定來讀寫這些i/o埠了。在讀寫i/o埠時要注意的一點就是，大多數平台都區分8位、16位和32位的埠，也即要注意i/o埠的寬度。

inb() outb() inw() outw() inl() outl()

unsigned char inb(unsigned port);

port引數指定i/o埠空間中的埠位址。在大多數平台上(如x86)它都是unsigned short型別的，其它的一些平台上則是unsigned int型別的。顯然，埠位址的型別是由i/o埠空間的大小來決定的。

對i/o埠的字串操作

除了上述這些「單發」(single-shot)的i/o操作外，某些cpu也支援對某個i/o埠進行連續的讀寫操作，也即對單個i/o埠讀或寫一系列位元組、字或32位整數，這就是所謂的「字串i/o指令」(string instruction)。這種指令在速度上顯然要比用迴圈來實現同樣的功能要快得多。

insb() outsb() insw() outw() insl() outsl()

pausing i/o

在一些平台上(典型地如x86)，對於老式匯流排(如isa)上的慢速外設來說，如果cpu讀寫其i/o埠的速度太快，那就可能會發生丟失資料的現象。對於這個問題的解決方法就是在兩次連續的i/o操作之間插入一段微小的時延，以便等待慢速外設。這就是所謂的「pausing i/o」。

對於pausing i/o，linux也在io.h標頭檔案中定義了它的i/o讀寫函式，而且都以***_p命名，比如：inb_p()、outb_p()等等。

訪問i/o記憶體資源

(i/o memory)

linux在io.h標頭檔案中宣告了函式ioremap()

，用來將i/o記憶體資源的物理位址對映到核心虛位址空間(3gb-4gb)中

對於x86體系結構ioremap()定義在/usr/src/linux-2.6.21.5/include/asm-i386/io.h中

讀寫i/o記憶體資源

在將i/o記憶體資源的物理位址對映成核心虛位址後，理論上講我們就可以象讀寫ram那樣直接讀寫i/o記憶體資源了。但是，由於在某些平台上，對 i/o記憶體和系統記憶體有不同的訪問處理，因此為了確保跨平台的相容性，linux實現了一系列讀寫i/o記憶體資源的函式，這些函式在不同的平台上有不同的實現。但在x86平台上，讀寫i/o記憶體與讀寫ram無任何差別。如下所示(include/asm-i386/io.h)：

readb() readw() readl()

writeb() writew() writel()

memset_io() memcpy_fromio() memcpytoio()

顯然，在x86平台上訪問i/o記憶體資源與訪問系統主存ram是無差別的。但是為了保證驅動程式的跨平台的可移植性，我們應該使用上面的函式來訪問i/o記憶體資源，而不應該通過指向核心虛位址的指標來訪問。

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