ioremap、phys_to_virt和mmap

知识背景：虚拟内存系统通过将虚拟内存分割为称作虚拟页(Virtual Page，VP)大小固定的块，一般情况下，每个虚拟页的大小默认是4096字节。同样的，物理内存也被分割为物理页(Physical Page，PP)，也为4096字节

1、ioremap
ioremap宏定义在asm/io.h内：
#define ioremap(cookie,size) __ioremap(cookie,size,0)
__ioremap函数原型为(arm/mm/ioremap.c)：
void __iomem * __ioremap(unsigned long phys_addr, size_t size, unsigned long flags);
参数：
phys_addr：要映射的起始的IO地址
size：要映射的空间的大小，单位是字节
flags：要映射的IO空间和权限有关的标志
该函数返回映射后的内核虚拟地址(3G-4G). 接着便可以通过读写该返回的内核虚拟地址去访问之这段I/O内存资源。
使用场合：常使用在映射CPU外围控制器、寄存器的地址。
注意：1、 ioremap是页映射，即物理地址所在的页，全都都进行了映射。
2、 同一物理地址进行多次ioremap，虽然映射后的虚拟地址不同，但是都会指向同一物理地址。
参考链接1
RISC指令系统的CPU（如ARM、PowerPC等）通常只实现一个物理地址空间，外设I/O端口成为内存的一部分。此时，CPU可以象访问一个内存单元那样访问外设I/O端口，而不需要设立专门的外设I/O指令。，在系统运行时，外设的I/O内存资源的物理地址是已知的，由硬件的设计决定。但是CPU通常并没有为这些已知的外设I/O内存资源的物理地址预定义虚拟地址范围，驱动程序并不能直接通过物理地址访问I/O内存资源，而必须将它们映射到核心虚地址空间内（通过页表），然后才能根据映射所得到的核心虚地址范围，通过访内指令访问这些I/O内存资源。
参考链接2

每个外设都是通过读写其寄存器来控制的。外设寄存器也称为I/O端口，通常包括：控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类。根据访问外设寄存器的不同方式，可以把CPU分成两大类。一类CPU（如M68K，Power PC等）把这些寄存器看作内存的一部分，寄存器参与内存统一编址，访问寄存器就通过访问一般的内存指令进行，所以，这种CPU没有专门用于设备I/O的指令。这就是所谓的“I/O内存”方式。另一类CPU（典型的如X86），将外设的寄存器看成一个独立的地址空间，所以访问内存的指令不能用来访问这些寄存器，而要为对外设寄存器的读／写设置专用指令，如IN和OUT指令。这就是所谓的“ I/O端口”方式。但是，用于I/O指令的“地址空间”相对来说是很小的，如x86 CPU的I/O空间就只有64KB（0－0xffff)。
1，IO空间：X86一个特有的空间，与内存空间独立的空间，同样利用IO空间可以操作数据，只不过是利用对应的IO端口操作函数，例如inb(), inbw(), inl(); outb(), outw(), outl()等。
2，内存空间：内存地址的寻址范围，例如32位操作系统内存空间为2的32次幂，即4G。
3，IO端口：当外部寄存器或内存映射到IO空间时，即只能用IO端口操作函数进行数据读写，称为IO端口。
4，IO内存：当外部寄存器或内存映射到内存空间时，即使用访问内存的方式对外部寄存器或者内存进行读写操作。
https://www.cnblogs.com/reality-soul/p/6126382.html

https://www.cnblogs.com/reality-soul/p/6126376.html
2、 phys_to_virt
phys_to_virt 是将已经映射的物理内存的地址转换为虚拟地址。
#define phys_to_virt(vaddr) ((void *)((unsigned long)(vaddr)+PAGE_OFFSET))
vaddr = paddr + PAGE_OFFSET，说明这段内存是直接映射区的，即高端内存之下的部分。

例如物理地址为： 0x0 ~ 0xA000000 对应的虚拟地址为 0xc0000000 ~ 0xc0A00000，实现连续物理地址的转换。

原文链接：https://blog.csdn.net/u012627502/article/details/40429701
3、mmap
mmap将一个文件或者其它对象映射进内存。
头文件：#include #include

定义函数：void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offsize);

函数说明：mmap()用来将某个文件内容映射到内存中，对该内存区域的存取即是直接对该文件内容的读写。

参数 说明
start 指向欲对应的内存起始地址，通常设为NULL，代表让系统自动选定地址，对应成功后该地址会返回。
length 代表将文件中多大的部分对应到内存。
prot 代表映射区域的保护方式，有下列组合：
PROT_EXEC 映射区域可被执行；
PROT_READ 映射区域可被读取；
PROT_WRITE 映射区域可被写入；
PROT_NONE 映射区域不能存取。
flags 会影响映射区域的各种特性：
MAP_FIXED 如果参数 start 所指的地址无法成功建立映射时，则放弃映射，不对地址做修正。通常不鼓励用此旗标。
MAP_SHARED 对应射区域的写入数据会复制回文件内，而且允许其他映射该文件的进程共享。
MAP_PRIVATE 对应射区域的写入操作会产生一个映射文件的复制，即私人的"写入时复制" (copy on write)对此区域作的任何修改都不会写回原来的文件内容。
MAP_ANONYMOUS 建立匿名映射，此时会忽略参数fd，不涉及文件，而且映射区域无法和其他进程共享。
MAP_DENYWRITE 只允许对应射区域的写入操作，其他对文件直接写入的操作将会被拒绝。
MAP_LOCKED 将映射区域锁定住，这表示该区域不会被置换(swap)。

在调用mmap()时必须要指定MAP_SHARED 或MAP_PRIVATE。
fd open()返回的文件描述词，代表欲映射到内存的文件。
offset 文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是分页大小的整数倍。
返回值：若映射成功则返回映射区的内存起始地址，否则返回MAP_FAILED(-1)，错误原因存于errno 中。

错误代码：
EBADF 参数fd 不是有效的文件描述词。
EACCES 存取权限有误。如果是MAP_PRIVATE 情况下文件必须可读，使用MAP_SHARED 则要有PROT_WRITE 以及该文件要能写入。
EINVAL 参数start、length 或offset 有一个不合法。
EAGAIN 文件被锁住，或是有太多内存被锁住。
ENOMEM 内存不足。
参考链接1
参考链接2