ioremap和ioport_map

最新推荐文章于 2024-08-09 06:43:55 发布

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本文深入探讨了Linux内核中IO寄存器的两种地址映射方式——映射到IO地址空间（portio）与映射到内存地址空间（mmio）。详细解释了ioremap函数的作用与ioport_map函数的实现，以及如何通过统一的访问函数实现portio与mmio的统一访问。同时，提供了IO端口访问与IO内存访问的具体流程，帮助读者理解Linux内核中IO资源的高效管理。

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一.基础介绍

IO寄存器(内存)有两种地址映射方式，即映射到IO地址空间（portio），映射到内存地址空间(mmio)。
在linux-2.6之前，前者使用inb/outb(......)访问，后者通过readb/writeb(......)来访问（访问前必须使用ioremap将IO物理地址映射到虚拟地址）。

ioremap函数作用如前所述，就是将IO物理地址映射成虚拟地址，这样readb/writeb可以访问映射后的地址。mmio映射的IO内存，其物理地址已经在4G地址空间内，与内存的编址方式相同。因此ioremap的作用实际上就是为这一段物理地址建立页表，返回驱动程序可以访问的虚拟地址。

ioport_map函数的目的是试图提供与ioremap一致的虚拟地址空间。这样不论portio还是mmio都可以使用统一的访问函数：ioread8/iowrite8(......)。
我们进入ioport_map和ioport_unmap函数：

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

{

    if (port > PIO_MASK)

        return NULL;

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

}

void ioport_unmap(void __iomem *addr)

{

    /* Nothing to do */

}

其实函数很简单，ioport_map仅仅是将port加上PIO_OFFSET(64k)，而ioport_unmap则什么都不做。这样portio的64k空间就被映射到虚拟地址的64k~128k之间，而ioremap返回的虚拟地址则肯定在3G之上。这样portio和mmio的虚拟地址就被统一起来。
再看ioread8的源码，其实现也就是对虚拟地址进行了判断，以区分portio和mmio，然后分别使用inb/outb，和readb/writeb来读写。

unsigned int fastcall ioread8(void __iomem *addr)

{

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

}

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

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

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

        if (port < PIO_RESERVED) { \

            VERIFY_PIO(port); \

            port &= PIO_MASK; \

            is_pio; \

        } else { \

            is_mmio; \

        } \

} while (0)

展开：

unsigned int fastcall ioread8(void __iomem *addr)

{

    unsigned long port = (unsigned long __force)addr;

    if( port < 0x40000UL ) {

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

        port &= PIO_MASK;

        return inb(port);

    }else{

        return readb(addr);

    }

}

二.图文讲解
1.IO端口访问 
一种方法是：直接使用IO端口操作函数：在设备打开或驱动模块被加载时申请IO端口区域，之后使用inb(),outb()等进行端口访问，最后在设备关闭或驱动被卸载时释放IO端口范围。流程如下：

   另外一种途径是:将IO端口映射为内存进行访问，在设备打开或驱动模块被加载时，申请IO端口区域并使用ioport_map()映射到内存，之后使用IO内存的函数进行端口访问，最后，在设备关闭或驱动模块被卸载时释放IO端口并释放映射，流程如下：

2.IO内存访问
  上边是IO端口的访问方法，至于IO内存的访问方法是：首先调用request_mem_region()申请资源，接着将寄存器地址通过ioremap()映射到内核空间的虚拟地址，之后就可以Linux设备访问编程接口访问这些寄存器了，访问完成后，使用ioremap()对申请的虚拟地址进行释放，并释放release_mem_region()申请的IO内存资源。

流程如下：