IO端口和IO内存

本篇讲解下如何访问IO外设的内存和端口资源

What is io mem and io port

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无论是x86，还是arm平台，都需要使用大量的外设提供丰富多彩的功能，对于PC而言，有键盘，鼠标，触摸板，触摸屏等等，手机还有更多传感器，加速度，陀螺仪等等。IO设备一般拥有3类资源，中断(irq)，内存(mem)和端口(port)，例如x86上的指纹模块就需要port资源，而touchpad需要irq来通知中断产生。
一般来说，x86上的设备资源都定义在ACPI表中，而arm上的设备资源写在devicetree中。不过也有一些资源写死在hardcode中。

Address concept

物理地址空间，一部分给物理RAM（内存）用，一部分给总线用。在PC机中，一般是把低端物理地址给RAM用，高端物理地址给总线用。

一致编址：外设接口中的IO寄存器（即IO端口）与主存单元相同看待，每个端口占用一个存储单元的地址，将主存的一部分划出来用作IO地址空间
独立编址：x86就是独立编址，IO地址与存储地址分隔独立编址，也就是说内存的部分地址和IO是重叠的。因此CPU也不能通过使用访问内存的办法访问IO，必须使用专用的IO指令，即readb/writeb for iomem， inb/outb for ioport. PC架构一共有65536个8bit的I/O端口，组成64K个I/O地址空间，编号从0~0xFFFF，有16位。

How to read/write IO port

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。

io访问

inb( )、inw( )、inl( )分别从I/O端口读取1、2或4个连续字节。后缀“b”、“w”、“l”分别代表一个字节（8位）、一个字（16位）以及一个长整型（32位）。
inb_p( )、inw_p( )、inl_p( )分别从I/O端口读取1、2或4个连续字节，然后执行一条“哑元（dummy，即空指令）”指令使CPU暂停。

2.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。
在进行映射前，还必须通过request_region()分配I/O resource
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void *ioport_map(unsigned long port, unsigned int count);
void ioport_unmap(void *addr);
'''
返回映射的内存地址，可以使用指针访问，建议使用函数
'''
unsigned int ioread8(void *addr);
unsigned int ioread16(void *addr);
unsigned int ioread32(void *addr);
'''

ioremap()将vmalloc区的某段虚拟内存块映射到io mem，首先找到块空闲的vmalloc块，然后修改内核页表进行映射，不过不需要通过伙伴系统分配物理页面，因为映射的是io mem，不是ram

ARM上使用of_iomap()

How to read/write IO mem

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。

struct resource*requset_mem_region(unsigned long start, unsigned long len,char *name);

这个函数从内核申请len个内存地址（在3G~4G之间的虚地址），而这里的start为I/O物理地址，name为设备的名称。注意，如果分配成功，则返回非NULL，否则，返回NULL。

另外，可以通过/proc/iomem查看系统给各种设备的内存范围。

要释放所申请的I/O内存，应当使用release_mem_region（）函数：

void release_mem_region(unsigned longstart, unsigned long len)

申请一组I/O内存后，调用ioremap()函数：

void* ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size, unsigned long flags);

其中三个参数的含义为：phys_addr：与requset_mem_region函数中参数start相同的I/O物理地址；size：要映射的空间的大小；flags：要映射的IO空间的和权限有关的标志；

功能：将一个I/O地址空间映射到内核的虚拟地址空间上(通过requset _mem_region（）申请到的)