io端口与io内存
结合下图，我们彻底讲述IO端口和IO内存以及内存之间的关系。主存16M字节的SDRAM，外设是个视频采集卡，上面有16M字节的SDRAM作为缓冲区。
1. CPU是i386架构的情况在i386系列的处理中，内存和外部IO是独立编址，也是独立寻址的。MEM的内存空间是32位可以寻址到4G，IO空间是16位可以寻址到64K。
2. 在Linux内核中，访问外设上的IO Port必须通过IO Port的寻址方式。而访问IO Mem就比较罗嗦，外部MEM不能和主存一样访问，虽然大小上不相上下，可是外部MEM是没有在系统中注册的。访问外部IO MEM必须通过remap映射到内核的MEM空间后才能访问。为了达到接口的同一性，内核提供了IO Port到IO Mem的映射函数。映射后IO Port就可以看作是IO Mem，按照IO Mem的访问方式即可。
3. CPU是ARM或PPC架构的情况
在这一类的嵌入式处理器中，IO Port的寻址方式是采用内存映射，也就是IO bus就是Mem bus。系统的寻址能力如果是32位，IO Port＋Mem（包括IO Mem）可以达到4G。
访问这类IO Port时，我们也可以用IO Port专用寻址方式。至于在对IO Port寻址时，内核是具体如何完成的，这个在内核移植时就已经完成。在这种架构的处理器中，仍然保持对IO Port的支持，完全是i386架构遗留下来的问题，在此不多讨论。而访问IO Mem的方式和i386一致。
注意：linux内核给我提供了完全对IO Port和IO Mem的支持，然而具体去看看driver目录下的驱动程序，很少按照这个规范去组织IO Port和IO Mem资源。对这二者访问最关键问题就是地址的定位，在C语言中，使用volatile就可以实现。很多的代码访问IO Port中的寄存器时，就使用volatile关键字，虽然功能可以实现，我们还是不推荐使用。就像最简单的延时莫过于while，可是在多任务的系统中是坚决避免的！
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。
但是，这两者在硬件实现上的差异对于软件来说是完全透明的，驱动程序开发人员可以将内存映射方式的I/O端口和外设内存统一看作是"I/O内存"资源。
一般来说，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。Linux在io.h头文件中声明了函数ioremap（），用来将I/O内存资源的物理地址映射到核心虚地址空间（3GB－4GB）中，原型如下：
void * ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size, unsigned long flags);
iounmap函数用于取消ioremap（）所做的映射，原型如下：
void iounmap(void * addr);
这两个函数都是实现在mm/ioremap.c文件中。
在将I/O内存资源的物理地址映射成核心虚地址后，理论上讲我们就可以象读写RAM那样直接读写I/O内存资源了。为了保证驱动程序的跨平台的可移植性，我们应该使用Linux中特定的函数来访问I/O内存资源，而不应该通过指向核心虚地址的指针来访问。如在x86平台上，读写I/O的函数如下所示：
#define readb(addr) (*(volatile unsigned char *) __io_virt(addr))
#define readw(addr) (*(volatile unsigned short *) __io_virt(addr))
#define readl(addr) (*(volatile unsigned int *) __io_virt(addr))
#define writeb(b,addr) (*(volatile unsigned char *) __io_virt(addr) = (b))
#define writew(b,addr) (*(volatile unsigned short *) __io_virt(addr) = (b))
#define writel(b,addr) (*(volatile unsigned int *) __io_virt(addr) = (b))
#define memset_io(a,b,c) memset(__io_virt(a),(b),(c))
#define memcpy_fromio(a,b,c) memcpy((a),__io_virt(b),(c))
#define memcpy_toio(a,b,c) memcpy(__io_virt(a),(b),(c))
最后，我们要特别强调驱动程序中mmap函数的实现方法。用mmap映射一个设备，意味着使用户空间的一段地址关联到设备内存上，这使得只要程序在分配的地址范围内进行读取或者写入，实际上就是对设备的访问。
笔者在Linux源代码中进行包含"ioremap"文本的搜索，发现真正出现的ioremap的地方相当少。所以笔者追根索源地寻找I/O操作的物理地址转换到虚拟地址的真实所在，发现Linux有替代ioremap的语句，但是这个转换过程却是不可或缺的。
CPU对外设端口物理地址的编址方式有两种：
一种是IO映射方式，另一种是内存映射方式。
Linux将基于IO映射方式的和内存映射方式的IO端口统称为IO区域（IO region）。
IO region仍然是一种IO资源，因此它仍然可以用resource结构类型来描述。
Linux管理IO region：
1) request_region()
把一个给定区间的IO端口分配给一个IO设备。
2) check_region()
检查一个给定区间的IO端口是否空闲，或者其中一些是否已经分配给某个IO设备。
3) release_region()
释放以前分配给一个IO设备的给定区间的IO端口。
Linux中可以通过以下辅助函数来访问IO端口：
inb(),inw(),inl(),outb(),outw(),outl()
“b”“w”“l”分别代表8位，16位，32位。
对IO内存资源的访问
1) request_mem_region()
请求分配指定的IO内存资源。
2) check_mem_region()
检查指定的IO内存资源是否已被占用。
3) release_mem_region()
释放指定的IO内存资源。
其中传给函数的start address参数是内存区的物理地址（以上函数参数表已省略）。
驱动开发人员可以将内存映射方式的IO端口和外设内存统一看作是IO内存资源。
ioremap()用来将IO资源的物理地址映射到内核虚地址空间（3GB - 4GB）中，参数addr是指向内核虚地址的指针。
Linux中可以通过以下辅助函数来访问IO内存资源：
readb(),readw(),readl(),writeb(),writew(),writel()。
Linux在kernel/resource.c文件中定义了全局变量ioport_resource和iomem_resource，来分别描述基于IO映射方式的整个IO端口空间和基于内存映射方式的IO内存资源空间（包括IO端口和外设内存）。
内存映射（IO地址和内存地址）
ARM 体系结构下 面内存和 i/o 映射区别（ 1 ）关于 IO 与内存空间：
在 X86 处理器中存在着 I/O 空间的概念， I/O 空间是相对于内存空间而言的，它通过特定的指令 in 、 out 来访问。端口号标识了外设的寄存器地址。 Intel 语法的 in 、 out 指令格式为：
IN 累加器 , { 端口号│ DX}
OUT { 端口号│ DX}, 累加器
目前，大多数嵌入式微控制器如 ARM 、 PowerPC 等中并不提供 I/O 空间，而仅存在内存空间。 内存空间可以直接通过地址、指针来访问，程序和程序运行中使用的变量和其他数据都存在于内存空间中。
即便是在 X86 处理器中，虽然提供了 I/O 空间，如果由我们自己设计电路板，外设仍然可以只挂接在内存空间。此时， CPU 可以像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 I/O 指令。因此，内存空间是必须的，而 I/O 空间是可选的。
（ 2 ） inb 和 outb ：
在 Linux 设备驱动中，宜使用 Linux 内核提供的函数来访问定位于 I/O 空间的端口，这些函数包括：
· 读写字节端口（ 8 位宽）
unsigned inb(unsigned port);
void outb(unsigned char byte, unsigned port);
· 读写字端口（ 16 位宽）
unsigned inw(unsigned port);
void outw(unsigned short word, unsigned port);
· 读写长字端口（ 32 位宽）
unsigned inl(unsigned port);
void outl(unsigned longword, unsigned port);
· 读写一串字节
void insb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
· insb() 从端口 port 开始读 count 个字节端口，并将读取结果写入 addr 指向的内存； outsb() 将 addr 指向的内存的 count 个字节连续地写入 port 开始的端口。
· 读写一串字
void insw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
· 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 I/O 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 。
（ 3 ） readb 和 writeb:
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，但是工程师宜使用 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，这些函数包括：
· 读 I/O 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 Linux 2.6 中仍然被支持）：
unsigned readb(address);
unsigned readw(address);
unsigned readl(address);
· 写 I/O 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 Linux 2.6 中仍然被支持）：
void writeb(unsigned value, address);
void writew(unsigned value, address);
void writel(unsigned value, address);
（ 4 ）把 I/O 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 I/O 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 I/O 内存一样访问这些 I/O 端口。当不再需要这种映射时，需要调用下面的函数来撤消：
void ioport_unmap(void *addr);
实际上，分析 ioport_map() 的源代码可发现，所谓的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 I/O 内存访问接口访问 I/O 端口。
11.2.7 I/O 空间的映射
很多硬件设备都有自己的内存，通常称之为 I/O 空间。 例如，所有比较新的图形卡都有几 MB 的 RAM ，称为显存，用它来存放要在屏幕上显示的屏幕影像。
1 ．地址映射
根据设备和总线类型的不同， PC 体系结构中的 I/O 空间可以在三个不同的物理地址范围之间进行映射：
（ 1 ）对于连接到 ISA 总线上的大多数设备
I/O 空间通常被映射到从 0xa0000 到 0xfffff 的物理地址范围，这就在 640K 和 1MB 之间留出了一段空间，这就是所谓的“洞”。
（ 2 ）对于使用 VESA 本地总线（ VLB ）的一些老设备
这是主要由图形卡使用的一条专用总线： I/O 空间被映射到从 0xe00000 到 0xffffff 的地址范围中，也就是 14MB 到 16MB 之间。因为这些设备使页表的初始化更加复杂，因此已经不生产这种设备。
（ 3 ）对于连接到 PCI 总线的设备
I/O 空间被映射到很大的物理地址区间，位于 RAM 物理地址的顶端。这种设备的处理比较简单。
2 ．访问 I/O 空间
内核如何访问一个 I/O 空间单元？ 让我们从 PC 体系结构开始入手，这个问题很容易就可以解决，之后我们再进一步讨论其他体系结构。