处理器的IO操作

关键词： 外设、I/O端口、I/O空间、 操作外设的基本方式

1. 外设（Peripheral）

• 概念：
  外设是一个非常宽泛的概念，既可以是集成在微控制器芯片内（片内外设），也可以是挂在处理器总线上的外部芯片（片外外设）。
• 种类：
  1）用于实现以太网通信的外设；
  2）用于实现RS232串行通信的外设；
  3）用于实现USB通信的外设；
  4）用于实现存储的闪存外设；
  5）用于实现图像采集的外设；
  6）......
• 中央处理器与外设的通信被称为输入与输出（Input/Output, I/O）

2. I/O端口（I/O port）

• 外设也像内存的存储单元那样通过地址进行区分，这样的地址被称为I/O端口
• 每一个外设在处理器的地址空间中占用不同的I/O端口，处理器可以通过不同的I/O端口实现与对应外设的通信
• 处理器除了通过I/O端口进行通信外，另一个重要的手段是中断（中断会在后续章节中详细讲解）

3. I/O空间

I/O端口所在的空间被称为I/O空间，各种架构的处理器存在不同的I/O空间设计形式。主要形式如下：

• 独立于内存所在的空间（独立I/O空间）：
  1） 独立于地址空间，无法通过地址访问外设
  2）读写I/O端口需要使用于读取内存不一样的指令，即使用专用指令与外设进行通信
  3）从编程角度看：对I/O端口操作不能像操作内存那样直接使用C语言中的指针完成，而是需要调用相应的函数，这些函数内封闭了I/O端口的操作指令

• 内存映射I/O空间：
  1）外设通过精密的硬件连接映射到处理器的地址空间
  2）通过地址访问的方式与外设进行通信
  3）从编程角度看：内存映射I/O空间的端口操作与访问内存是完全一样

4. 操作外设的基本方式

对于CPU而言，与外设进行通信时需要通过I/O端口配置控制寄存器和通过I/O端口读取数据寄存器

• 通过I/O端口配置控制寄存器：CPU指挥外设实现一定的功能，通过芯片的手册进行设置
• 通过I/O端口读取数据寄存器：CPU得到外设工作后的数据值

注意：这里的控制寄存器和数据寄存器是外设内部的寄存器，注意与CPU内部的寄存器相区别。

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从软件工程师的角度看，只需要对不同的I/O端口读写就可以操作外设；读写I/O端口的时候具体值和意义需要查询具体的硬件手册。

声明：此文章为本人在学习狄泰软件学院《十二月提升计划》所做的笔记，参考书籍《专业嵌入式软件开发》——李云，文章中包含狄泰软件资料内容和《专业嵌入式软件开发》资料内容，一切版权归狄泰软件和《专业嵌入式软件开发》所有！