1、深入理解内存映射输入/输出技术

深入理解内存映射输入/输出技术

1. 内存映射输入/输出概述

在当今的数字时代，计算机与外部设备（如存储驱动器、网络接口和外设）的无缝交互是如何实现的呢？答案就在于巧妙的内存映射输入/输出（Memory-Mapped I/O，简称MMIO）技术。与传统的I/O方法不同，内存映射I/O将设备通信直接集成到内存地址空间中。

内存映射I/O设备是一种计算机硬件组件，它使用系统内存地址空间的一部分进行数据传输和控制。这种方法简化了软件开发人员与设备的交互，在现代计算机系统中被广泛使用。

要实现内存映射I/O，需要理解两个关键概念：
- 内存映射 ：现代处理器（如RISC-V）只能通过内存加载和存储指令来访问数据。因此，如果要让CPU从输入/输出（I/O）设备读取或写入数据，所有I/O设备都应被视为一组内存字，即进行内存映射。
- 地址解码 ：为了给每个I/O设备及其寄存器分配唯一的内存地址，计算机系统依赖于地址解码。地址解码逻辑使用简单的数字逻辑门（如与门、或门和非门）或解码器，通过比较CPU提供的地址与预定义的地址范围，确定哪个设备或外设应响应特定的加载或存储指令。

2. 单个内存映射寄存器

假设我们要将一个32位寄存器连接到一个32位CPU（如RISC-V），并且该寄存器除了标准的数据输入、数据输出和时钟信号外，还有芯片使能（CE）、输出使能（OE）和芯片选择（CS）信号。

这些信号控制着寄存器的行为：
- 输出使能信号（OE） ：当OE信号为高电平时，寄存器的输出连接到数据总线