[ARM筆記]設備IO端口和IO內存的訪問

　　設備通常會提供一組寄存器來用于控制設備、讀寫設備和獲取設備狀態，即控制寄存器、數據寄存器和狀態寄存器。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，通常被稱為IO端口，位于內存空間時，對應的內存空間成為IO內存。

　　1. Linux IO端口和IO內存訪問接口

　　1.1 IO端口

　　在Linux設備驅動中，應使用Linux內核提供的函數來訪問定位于IO空間的端口，這些函數包括如下幾種：

　　(1)讀寫字節端口(8位寬)

　　unsigned inb(unsigned port);

　　void outb(unsigned char byte , unsigned port);

　　(2)讀寫字端口(16位寬)

　　unsigned inw(unsigned port);

　　void outw(unsigned char byte , unsigned port);

　　(3)讀寫長字端口(32位寬)

　　unsigned inl(unsigned port);

　　void outl(unsigned char byte , unsigned port);

　　(4)讀寫一串字

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

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

　　(5)讀寫一串長字

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

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

　　上述各函數中IO端口號port的類型高度依賴于具體的硬件平臺，因此，只是寫出了unsigned。

　　1.2 IO內存

　　在內核中訪問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()類似，也需要建立新的頁表，但是它并不進行vmalloc()中所執行的內存分配行為。ioremap()返回一個特殊的虛擬地址，該地址可用來存取特定的物理地址范圍。通過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，盡管可以直接通過指針訪問這些地址，但是可以使用Linux內核的如下一組函數來完成設備內存映射的虛擬地址的讀寫，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);

　　通過這個函數，可以把port開始的count個連續的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問IO內存一樣訪問這些IO端口。當不再需要這種映射時，需要調用下面的函數來撤銷。

　　void ioport_unmap(void *addr);

　　實際上，分析ioport_map()的源代碼可發現，映射到內存空間行為實際上是給開發人員制造的一個“假象”，并沒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內存訪問接口訪問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);

　　這個函數向內核申請了n個端口，這些端口從first開始，name參數為設備的名稱。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);

　　這個函數向內核申請n個內存地址，這些地址從first開始，name參數為設備的名稱。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，并標志為已經使用，其他驅動想再次申請該資源就會失敗。

　　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內存訪問流程

　　IO端口訪問的一種途徑是直接使用IO端口操作函數：在設備打開或驅動模塊被加載時申請IO端口區域，之后使用inb()、outb()等進行端口訪問，最后，在設備關閉或驅動被卸載時釋放IO端口范圍。

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　　| request_region() | 在設備驅動模塊加載或open()函數中進行

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　　| inb()、outb()等 | 在設備驅動初始化、write()、read()、iotcl()等函數中進行

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　　| release_region()等 | 在設備驅動模塊卸載或release()函數中進行

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　　IO端口的訪問流程(不映射到內存空間)

　　IO端口訪問的另一種途徑是將IO端口映射為內存進行訪問：在設備打開或驅動模塊被加載時，申請IO端口區域并使用ioport_map()映射到內存，之后使用IO內存的函數進行端口訪問，最后，在設備關閉或驅動被卸載時釋放IO端口并釋放映射。整個流程如下圖所示：

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　　| request_region()等 | 

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　　|  在設備驅動模塊加載或open()函數中進行

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　　| ioport_map()等 |

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　　| ioread8、ioread16、 | 在設備驅動初始化、write()、read()、ioctl等函數中調用

　　| ioread32、iowrite8等 |

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　　| ioport_unmap() |

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　　___________________________ /在設備驅動卸載或release()函數中調用

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　　| release_region() | /

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　　IO端口的訪問流程(映射到內存空間)

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　　| request_mem_region()等 | 

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　　|  在設備驅動模塊加載或open()函數中進行

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　　| ioremap()等 |/

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　　| ioread8、ioread16、 | 在設備驅動初始化、write()、read()、ioctl等函數中調用

　　| ioread32、iowrite8等 |

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　　| iounmap() | 

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　　______________________________ /在設備驅動卸載或release()函數中調用

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　　| release_mem_region() | /

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