ARM體系結構下面記憶體和i o對映區別

arm體系結構下面記憶體和i/o對映區別

（1）關於io與記憶體空間：

在x86處理器中存在著i/o空間的概念，i/o空間是相對於記憶體空間而言的，它通過特定的指令in、out來訪問。埠號標識了外設的暫存器位址。intel語法的in、out指令格式為：

in 累加器,

out ,累加器

目前，大多數嵌入式微控制器如arm、powerpc等中並不提供i/o空間，而僅存在記憶體空間。記憶體空間可以直接通過位址、指標來訪問，程式和程式執行中使用的變數和其他資料都存在於記憶體空間中。

即便是在x86處理器中，雖然提供了i/o空間，如果由我們自己設計電路板，外設仍然可以只掛接在記憶體空間。此時，cpu可以像訪問乙個記憶體單元那樣訪問外設i/o埠，而不需要設立專門的i/o指令。因此，記憶體空間是必須的，而i/o空間是可選的。

（2）inb和outb：

在linux裝置驅動中，宜使用linux核心提供的函式來訪問定位於i/o空間的埠，這些函式包括：

· 讀寫位元組埠（8位寬）

unsigned inb(unsigned port);

void outb(unsigned char byte, unsigned port);

· 讀寫字埠（16位寬）

unsigned inw(unsigned port);

void outw(unsigned short word, unsigned port);

· 讀寫長字埠（32位寬）

unsigned inl(unsigned port);

void outl(unsigned longword, unsigned port);

· 讀寫一串位元組

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

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

· insb()從埠port開始讀count個位元組埠，並將讀取結果寫入addr指向的記憶體；outsb()將addr指向的記憶體的count個位元組連續地寫入port開始的埠。

· 讀寫一串字

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

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

· 讀寫一串長字

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

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

上述各函式中i/o埠號port的型別高度依賴於具體的硬體平台，因此，只是寫出了unsigned。

（3）readb和writeb:

在裝置的實體地址被對映到虛擬位址之後，儘管可以直接通過指標訪問這些位址，但是工程師宜使用linux核心的如下一組函式來完成裝置記憶體對映的虛擬位址的讀寫，這些函式包括：

· 讀i/o記憶體

unsigned int ioread8(void *addr);

unsigned int ioread16(void *addr);

unsigned int ioread32(void *addr);

與上述函式對應的較早版本的函式為（這些函式在linux 2.6中仍然被支援）：

unsigned readb(address);

unsigned readw(address);

unsigned readl(address);

· 寫i/o記憶體

void iowrite8(u8 value, void *addr);

void iowrite16(u16 value, void *addr);

void iowrite32(u32 value, void *addr);

與上述函式對應的較早版本的函式為（這些函式在linux 2.6中仍然被支援）：

void writeb(unsigned value, address);

void writew(unsigned value, address);

void writel(unsigned value, address);

（4）把i/o埠對映到「記憶體空間」:

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

通過這個函式，可以把port開始的count個連續的i/o埠重對映為一段「記憶體空間」。然後就可以在其返回的位址上像訪問i/o記憶體一樣訪問這些i/o埠。當不再需要這種對映時，需要呼叫下面的函式來撤消：

void ioport_unmap(void *addr);

實際上，分析ioport_map()的源**可發現，所謂的對映到記憶體空間行為實際上是給開發人員製造的乙個「假象」，並沒有對映到核心虛擬位址，僅僅是為了讓工程師可使用統一的i/o記憶體訪問介面訪問i/o埠。

11.2.7 i/o 空間的對映

很多硬體裝置都有自己的記憶體，通常稱之為i/o空間。例如，所有比較新的圖形卡都有幾mb的ram，稱為視訊記憶體，用它來存放要在螢幕上顯示的螢幕影像。

1．位址對映

根據裝置和匯流排型別的不同，pc體系結構中的i/o空間可以在三個不同的實體地址範圍之間進行對映：

（1）對於連線到isa匯流排上的大多數裝置

i/o空間通常被對映到從0xa0000到0xfffff的實體地址範圍，這就在640k和1mb之間留出了一段空間，這就是所謂的「洞」。

（2）對於使用vesa本地匯流排（vlb）的一些老裝置

這是主要由圖形卡使用的一條專用匯流排：i/o空間被對映到從0xe00000到0xffffff的位址範圍中，也就是14mb到16mb之間。因為這些裝置使頁表的初始化更加複雜，因此已經不生產這種裝置。

（3）對於連線到pci匯流排的裝置

i/o空間被對映到很大的實體地址區間，位於ram實體地址的頂端。這種裝置的處理比較簡單。

2．訪問i/o空間

核心如何訪問乙個i/o空間單元？讓我們從pc體系結構開始入手，這個問題很容易就可以解決，之後我們再進一步討論其他體系結構。

不要忘了核心程式作用於虛擬位址，因此i/o空間單元必須表示成大於page_offset的位址。在後面的討論中，我們假設page_offset等於0xc0000000，也就是說，核心虛擬位址是在第4g。

核心驅動程式必須把i/o空間單元的實體地址轉換成核心空間的虛擬位址。在pc體系結構中，這可以簡單地把32位的實體地址和0xc0000000常量進行或運算得到。例如，假設核心需要把實體地址為0x000b0fe4的i/o單元的值存放在t1中，把實體地址為0xfc000000的i/o單元的值存放在t2中，就可以使用下面的表示式來完成這項功能：

t1 = *((unsigned char *)(0xc00b0fe4));

t2 = *((unsigned char *)(0xfc000000));

在第六章我們已經介紹過,在初始化階段,核心已經把可用的ram物理位址對映到虛擬位址空間第4g的最初部分。因此，分頁機制把出現在第乙個語句中的虛擬位址0xc00b0fe4對映回到原來的i/o實體地址0x000b0fe4，這正好落在從640k到1mb的這段「isa洞」中。這正是我們所期望的。

但是，對於第二個語句來說，這裡有乙個問題，因為其i/o實體地址超過了系統ram的最大實體地址。因此，虛擬位址0xfc000000就不需要與實體地址0xfc000000相對應。在這種情況下，為了在核心頁表中包括對這個i/o實體地址進行對映的虛擬位址，必須對頁表進行修改：這可以通過呼叫ioremap( )函式來實現。ioremap( )和vmalloc( )函式類似，都呼叫get_vm_area( ) 建立乙個新的vm_struct描述符，其描述的虛擬位址區間為所請求i/o空間區的大小。然後，ioremap( )函式適當地更新所有程序的對應頁表項。

因此，第二個語句的正確形式應該為：

io_mem = ioremap(0xfb000000, 0x200000);

t2 = *((unsigned char *)(io_mem + 0x100000));

第一條語句建立乙個2mb的虛擬位址區間，從0xfb000000開始；第二條語句讀取位址0xfc000000的記憶體單元。驅動程式以後要取消這種對映，就必須使用iounmap( )函式。

現在讓我們考慮一下除pc之外的體系結構。在這種情況下，把i/o實體地址加上0xc0000000常量所得到的相應虛擬位址並不總是正確的。為了提高核心的可移植性，linux特意包含了下面這些巨集來訪問i/o空間：

readb, readw, readl

分別從乙個i/o空間單元讀取1、2或者4個位元組

writeb, writew, writel

分別向乙個i/o空間單元寫入1、2或者4個位元組

memcpy_fromio, memcpy_toio

把乙個資料塊從乙個i/o空間單元拷貝到動態記憶體中，另乙個函式正好相反，把乙個資料塊從動態記憶體中拷貝到乙個i/o空間單元

memset_io

用乙個固定的值填充乙個i/o空間區域

對於0xfc000000 i/o單元的訪問推薦使用這樣的方法：

io_mem = ioremap(0xfb000000, 0x200000);

t2 = readb(io_mem + 0x100000);

使用這些巨集，就可以隱藏不同平台訪問i/o空間所用方法的差異。

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ARM體系結構

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