[ARM笔记]设备IO端口和IO内存的访问

　　设备通常会提供一组寄存器来用于控制设备、读写设备和获取设备状态，即控制寄存器、数据寄存器和状态寄存器。这些寄存器可能位于IO空间，也可能位于内存空间。当位于IO空间时，通常被称为IO端口，位于内存空间时，对应的内存空间成为IO内存。

　　1. Linux IO端口和IO内存访问接口

　　1.1 IO端口

　　在Linux设备驱动中，应使用Linux内核提供的函数来访问定位于IO空间的端口，这些函数包括如下几种：

　　(1)读写字节端口(8位宽)

　　unsigned inb(unsigned port);

　　void outb(unsigned char byte , unsigned port);

　　(2)读写字端口(16位宽)

　　unsigned inw(unsigned port);

　　void outw(unsigned char byte , unsigned port);

　　(3)读写长字端口(32位宽)

　　unsigned inl(unsigned port);

　　void outl(unsigned char byte , unsigned port);

　　(4)读写一串字

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

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

　　(5)读写一串长字

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

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

　　上述各函数中IO端口号port的类型高度依赖于具体的硬件平台，因此，只是写出了unsigned。

　　1.2 IO内存

　　在内核中访问IO内存之前，需首先使用ioremap()函数将设备所处的物理地址映射到虚拟地址。ioremap的原型如下：

　　void *ioremap(unsigned long offset , unsigned long size);

　　ioremap()与vmalloc()类似，也需要建立新的页表，但是它并不进行vmalloc()中所执行的内存分配行为。ioremap()返回一个特殊的虚拟地址，该地址可用来存取特定的物理地址范围。通过ioremap()获得的虚拟地址应该被iounmap()函数释放，其原型为：

　　void iounmap(void *addr);

　　在设备的物理地址被映射到虚拟地址之后，尽管可以直接通过指针访问这些地址，但是可以使用Linux内核的如下一组函数来完成设备内存映射的虚拟地址的读写，这些函数如下所示。

　　(1)读IO内存

　　unsigned int ioread8(void *addr);

　　unsigned int ioread16(void *addr);

　　unsigned int ioread32(void *addr);

　　与上述函数对应的较早版本的函数为(这些函数在Linux2.6中仍然被支持)：

　　unsigned readb(address);

　　unsigned readw(address);

　　unsigned readl(address);

　　(2)写IO内存

　　void iowrite8(u8 value , void *addr);

　　void iowrite16(u16 value , void *addr);

　　void iowrite32(u32 value , void *addr);

　　与上述函数对应的较早版本的函数为(这些函数在Linux2.6中仍然被支持)：

　　unsigned writeb(address);

　　unsigned writew(address);

　　unsigned writel(address);

　　(3)读一串IO内存

　　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)写一串IO内存

　　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)复制IO内存

　　void memcpy_fromio(void *dest , void *source , unsigned int count);

　　void memcpy_toio(void *dest , void *source , unsigned int count);

　　(6)设置IO内存

　　void memset_io(void *addr , u8 value , unsigned int count);

　　1.3 把IO端口映射到内存空间

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

　　通过这个函数，可以把port开始的count个连续的IO端口重映射为一段“内存空间”。然后就可以在其返回的地址上像访问IO内存一样访问这些IO端口。当不再需要这种映射时，需要调用下面的函数来撤销。

　　void ioport_unmap(void *addr);

　　实际上，分析ioport_map()的源代码可发现，映射到内存空间行为实际上是给开发人员制造的一个“假象”，并没有映射到内核虚拟地址，仅仅是为了让工程师可使用统一的IO内存访问接口访问IO端口。

　　2. 申请与释放设备IO端口和IO内存

　　2.1 IO端口申请

　　Linux内核提供了一组函数用于申请和释放IO端口。

　　struct resource *request_region(resource_size_t start, resource_size_t n, const char *name);

　　这个函数向内核申请了n个端口，这些端口从first开始，name参数为设备的名称。如果分配成功返回非NULL，失败，则返回NULL。

　　当用request_region()申请的IO端口使用完成后，应当使用release_region()函数将它们还给系统，这个函数的原型如下：

　　void release_region(resource_size_t start , resource_size_t n);

　　2.2 IO内存申请

　　Linux内核提供了一组函数用于申请和释放IO内存的范围。

　　struct resource *request_mem_region(resource_size_t start, resource_size_t n, const char *name, const char *name);

　　这个函数向内核申请n个内存地址，这些地址从first开始，name参数为设备的名称。如果分配成功返回值是非NULL，如果失败，返回NULL。

　　当用request_mem_region()申请的IO内存使用完成后，应当使用release_region()函数将它们还给系统，这个函数的原型如下：

　　void release_region(resource_size_t start , resource_size_t n);

　　上述request_region()和release_mem_region()都不是必须的，但建议使用。其任务是检查申请的资源是否可用，如果可用则申请成功，并标志为已经使用，其他驱动想再次申请该资源就会失败。

　　查看内核源码可知，request_region()和request_mem_region()调用的函数是一样的，只是传入参数的不同。

　　#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. 设备IO端口和IO内存访问流程

　　IO端口访问的一种途径是直接使用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。

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　　| request_region() | 在设备驱动模块加载或open()函数中进行

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　　| inb()、outb()等 | 在设备驱动初始化、write()、read()、iotcl()等函数中进行

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　　| release_region()等 | 在设备驱动模块卸载或release()函数中进行

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　　IO端口的访问流程(不映射到内存空间)

　　IO端口访问的另一种途径是将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，在设备关闭或驱动被卸载时释放IO端口并释放映射。整个流程如下图所示：

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　　| request_region()等 | 

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　　|  在设备驱动模块加载或open()函数中进行

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　　| ioport_map()等 |

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　　| ioread8、ioread16、 | 在设备驱动初始化、write()、read()、ioctl等函数中调用

　　| ioread32、iowrite8等 |

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　　| ioport_unmap() |

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　　___________________________ /在设备驱动卸载或release()函数中调用

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　　| release_region() | /

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　　IO端口的访问流程(映射到内存空间)

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　　| request_mem_region()等 | 

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　　|  在设备驱动模块加载或open()函数中进行

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　　| ioremap()等 |/

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　　| ioread8、ioread16、 | 在设备驱动初始化、write()、read()、ioctl等函数中调用

　　| ioread32、iowrite8等 |

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　　| iounmap() | 

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　　______________________________ /在设备驱动卸载或release()函数中调用

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　　| release_mem_region() | /

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