Window CE物理外设的访问

Windows CE采用了四层内存管理结构，从下到上依次为：物理内存，虚拟内存，逻辑内存和Ｃ／Ｃ＋＋运行时库．其中物理内存包括：ＲＡＭ(为ＯＳ和程序提供运行和缓冲空间），ＲＯＭ（存储程序，包括ＯＳ和一些文件），Flash（可擦写）．ＣＥ支持最大物理内存为５１２Ｍ．
所有进程共享４Ｇ的虚拟存储空间，它是通过以页为单位管理的，不同处理器支持页大小不同（ＡＲＭ支持１Ｋ，４Ｋ，６４Ｋ，１Ｍ；Ｘ８６支持４Ｋ与４Ｍ）．虚拟内存的申请分成保留和提交两个过程（reserve and commit)．虚拟内存要求硬件上具有ＭＭＵ的支持，ＭＭＵ负责把虚拟地址映射到物理地址，并提供内存保护．ＣＥ把４Ｇ的虚拟内存分成两部分：低２Ｇ为用户空间，由应用程序使用；高２Ｇ为内核空间，由ＯＳ使用．
　　所谓逻辑内存分成堆（６４Ｋ）和栈（６０Ｋ）．而Ｃ／Ｃ＋＋运行时库提供了一系列内存管理函数，比如malloc,new,delete等等．
　　在ＰＢ的帮助中指出ＷＩＮＣＥ有两种地址：物理地址和虚拟地址．在不同架构的ＣＰＵ下，概念有所区别．ＭＩＰＳ和ＳＨx处理器，内核操作１Ｇ的存储（５１２Ｍ缓存，５１２Ｍ非缓存）；而Ｘ８６和ＡＲＭ在OEMAddressTable中划分物理存储．相应的地址映射方法也分成两种：ＭＩＰＳ和ＳＨx处理器，不采用ＭＭＵ，直接在ＣＰＵ和内核里定义；Ｘ８６和ＡＲＭ在OEMAddressTable中定义映射关系或者是ＯＳ启动后调用CreateStaticMapping和NKCreateStaticMapping来实现从虚拟地址到物理地址的映射．
　　另一种分类是映射虚拟地址的形式可以分成静态虚拟地址映射和动态虚拟地址映射．所谓静态，就是在OEMAddressTable中定义映射关系或者是ＯＳ启动后调用CreateStaticMapping和NKCreateStaticMapping来实现从虚拟地址到物理地址的映射；动态则是通过VirtualAlloc和VirtualCopy（或者调用MmmapIoSpace函数）．这两种映射虚拟地址的形式区别在于静态虚拟地址只能由内核使用，用于ＩＳＲ访问外设存储．而动态虚拟地址可以在应用程序里访问物理地址（比如在驱动中操作寄存器）．
　　 在Ｘ８６和ＡＲＭ体系的ＣＰＵ里，有一个数据结构对于地址映射技术尤其重要：OEMAddressTable．这个数组定义了外设从４Ｇ的虚拟地址到５１２Ｍ物理地址的映射关系．它位于public\common\oak\csp\x86\oal目录下的oeminit.asm中，格式为　Virtual Address, Physical Address, Size

 在Ｘ８６下大小必须是４Ｍ的倍数，ＡＲＭ下为１Ｍ的倍数．内核建立了两个范围的虚拟地址：从0x80000000到0x9FFFFFFF是带缓存的物理地址映射，而0xA0000000 到 0xBFFFFFFF 是不带缓存的物理地址映射．驱动访问外设时，应该用不带缓存段的虚拟地址. 要注意的一点是，如果改动了OEMAddressTable，相应要改动config.bib．

1.如果是在bootloader中访问设备寄存器，可以直接操作物理地址。

2.wince启动后，硬件上ARM和X86体系的处理器启动了MMU，操作系统只能访问到虚拟地址，不能直接操作物理内存了。但是如果是X86的CPU，由于它的外设I/O端口和存储器空间分开编址，可以直接嵌入汇编或者使用宏read_port_xxx,write_port_xxx来读写设备寄存器的物理地址。

3.wince软件结构里对应MMU的是一个名为OEMAddressTable的数据结构（源文件oeminit.asm中），其中建立了物理地址和虚拟地址的静态映射关系，也可以在其中改动系统所能识别物理内存的大小,以支持大内存。

(PLATFORM\Mini2440\SRC\INC\oemaddrtab_cfg.inc)

4.我们也可以在wince启动后调用CreateStaticMapping和NKCreateStaticMapping来实现OEMAddressTable中的这种物理地址和虚拟地址的静态映射关系。

5.建立了静态映射关系的虚拟地址只能由内核模式下的程序来操作，例如 ISR。除非你在定制系统时，选择了full kernal mode，使所有程序都运行在完全内核模式下，这将导致系统不稳定。

6.如果要在驱动程序中访问设备寄存器，必须建立动态虚拟地址映射，可以调用MmmapIoSpace函数来实现，或者通过VirtualAlloc和VirtualCopy函数来实现。其实MmmapIoSpace内部就调用了后者。

7.在驱动中访问虚拟地址时，必须是非缓存段（位于0xA0000000 到 0xBFFFFFFF ）。

8.使用VirtualCopy函数映射物理地址时，其lpvSrc参数必须右移8位，且相应的fdwProtect参数必须带page_physical。

9.如果是ARM体系的处理器，访问挂在系统总线上的设备寄存器前，必须先把总线地址转化成CPU的地址，通过HalTranslateBusAddress实现两种物理地址的变换，然后再调用MmmapIoSpace函数作虚实地址的转换。

也可以使用 TransBusAddrToVirtual （）直接把总线上的地址转化成系统的虚拟地址。 在一般的应用程序中访问 I/O 是访问它的缓存段虚拟地址，而驱动中必须访问无缓存段虚拟地址。简单来说无缓存段虚拟地址 = 缓存段虚拟地址 +0x20000000 。 
 

 总结起来，如果是 wince 内核(如HAL)访问外部 I/O ，只需要在 OEMAddressTable 中定义物理地址到虚拟地址间的映射关系就可以了；如果是应用程序或者驱动要访问 I/O ，要做的工作包括： 1 。在 CPU 物理地址和虚拟地址间做一个动态映射， 2 。对虚拟地址进行操作。

 wince5.0下可以使用CreateBusAccessHandle(总线注册表路径）+BusTransBusAddrToVirtual来实现总线物理地址到系统虚拟地址的直接变换。

MMU启动之后，CPU就不能够直接访问物理地址了。这时需要一个物理地址到虚拟地址的映射。虚拟地址的映射包括两种：静态映射和动态映射。

在OAL中有一个OEMAddressTable表，来完成虚拟地址的静态映射。也可以在系统启动之后，通过CreateStaticMapping和NKCreateStaticMapping函数扩展，但由这两个函数所完成的映射只能由内核访问。

OEMAddressTable表在BSP中可以搜索到。

(位置为：WINCE600\PLATFORM\COMMON\SRC\X86\COMMON\STARTUP\startup.asm)

_OEMAddressTable:

;

; OEMAddressTable defines the mapping between Physical and Virtual Address

; o MUST be in a READONLY Section

; o First Entry MUST be RAM, mapping from 0x80000000 -> 0x00000000

; o each entry is of the format ( VA, PA, cbSize )

; o cbSize must be multiple of 4M

; o last entry must be (0, 0, 0)

; o must have at least one non-zero entry

; RAM 0x80000000 -> 0x00000000, size 64M

dd 80000000h, 0, 04000000h

; FLASH and other memory, if any

; dd FlashVA, FlashPA, FlashSize

; Last entry, all zeros

dd 0, 0, 0

“dd 80000000h, 0, 04000000h”，将64MB（04000000h）的物理地址空间映射到从0x80000000开始的虚拟地址空间。物理地址从0开始。

通常OEMAddressTable完成的映射是基于Cached的。除此之外，操作系统还要完成一个Uncached的映射。访问物理寄存器的时候，虚拟地址空间一定要用基于Uncached的。

一般的虚拟地址空间是0x8000 0000 – 0xA000 0000是基于Cached的，

0xA000 0000 – 0xC000 0000是基于Uncached的。

系统启动：

PLATFORM\Mini2440\SRC\OAL\OALLIB\startup.s

movr0, #0

movr1, #0x32000000

movr2, #0x20000

90

strr0, [r1]

addr1, r1, #4

subsr2, r2, #4

bne%B90

        add     r0, pc, #g_oalAddressTable - (. + 8)

        bl      KernelStart

        INCLUDE oemaddrtab_cfg.inc

物理地址与虚拟地址的映射关系表：

PLATFORM\Mini2440\SRC\INC\oemaddrtab_cfg.inc

;------------------------------------------------------------------------------

;

;  File:  memory_cfg.inc

;

;  This file is used to define g_oalAddressTable. This table is passed to

;  KernelStart to estabilish physical to virtual memory mapping. This table

;  is used also in IOMEM OAL module to map between physical and virtual

;  memory addresses via OALPAtoVA/OALVAtoPA functions.

;

;------------------------------------------------------------------------------

; Export Definition

        EXPORT  g_oalAddressTable[DATA]

;------------------------------------------------------------------------------

;

; TABLE FORMAT

;          cached address,       physical address,          size

;------------------------------------------------------------------------------

g_oalAddressTable

        DCD     0x80000000, 0x30000000, 64      ; 32 MB DRAM BANK 6

;       DCD     0x82000000, 0x08000000, 32

        DCD     0x84000000, 0x10000000, 32      ; nGCS2: PCMCIA/PCCARD

        DCD     0x86000000, 0x18000000, 32      ; 32 MB SROM(SRAM/ROM) BANK 3

        DCD     0x88000000, 0x20000000, 32      ; 32 MB SROM(SRAM/ROM) BANK 4

        DCD     0x8A000000, 0x28000000, 32      ; 32 MB SROM(SRAM/ROM) BANK 5

        DCD     0x8C000000, 0x08000000, 32      ; 32 MB SROM(SRAM/ROM) BANK 1

        DCD     0x90800000, 0x48000000,  1      ; Memory control register

        DCD     0x90900000, 0x49000000,  1      ; USB Host register

        DCD     0x90A00000, 0x4A000000,  1      ; Interrupt Control register

        DCD     0x90B00000, 0x4B000000,  1      ; DMA control register

        DCD     0x90C00000, 0x4C000000,  1      ; Clock & Power register

        DCD     0x90D00000, 0x4D000000,  1      ; LCD control register

        DCD     0x90E00000, 0x4E000000,  1      ; NAND flash control register

        DCD     0x90F00000, 0x4F000000,  1      ; Camera control register

   DCD     0x91000000, 0x50000000,  1      ; UART control register

        DCD     0x91100000, 0x51000000,  1      ; PWM timer register

        DCD     0x91200000, 0x52000000,  1      ; USB device register

        DCD     0x91300000, 0x53000000,  1      ; Watchdog Timer register

        DCD     0x91400000, 0x54000000,  1      ; IIC control register

        DCD     0x91500000, 0x55000000,  1      ; IIS control register

        DCD     0x91600000, 0x56000000,  1      ; I/O Port register

        DCD     0x91700000, 0x57000000,  1      ; RTC control register

        DCD     0x91800000, 0x58000000,  1      ; A/D convert register

        DCD     0x91900000, 0x59000000,  1      ; SPI register

        DCD     0x91A00000, 0x5A000000,  1      ; SD Interface register

        DCD     0x92000000, 0x00000000,  32      ; 32 MB SROM(SRAM/ROM) BANK 0

        DCD     0x00000000, 0x00000000,  0      ; end of table

;------------------------------------------------------------------------------

        END

如上：S3C2440 GPIO物理地址为0X56000000，映射出来的虚拟地址为

0x91600000 + 0x20000000 = 0XB1600000,  一般物理地址为非缓存，所以要加上0x20000000 

PS：一般的虚拟地址空间是0x8000 0000 – 0xA000 0000是基于Cached的，

0xA000 0000 – 0xC000 0000是基于Uncached的。

这就是S2440.H所定义的结果一样了：

#define IOP_BASE      0xB1600000 // 0x56000000

typedef struct  {

unsigned int  rGPACON;// 00

unsigned int  rGPADAT;

unsigned int  rPAD1[2];

    

unsigned int  rGPBCON;// 10

unsigned int  rGPBDAT;

unsigned int  rGPBUP;

unsigned int  rPAD2;

    

unsigned int  rGPCCON;// 20

unsigned int  rGPCDAT;

unsigned int  rGPCUP;

unsigned int  rPAD3;

.............

}

在BSP开发中经常会用到物理地址与虚拟地址的转换，一般都是基于物理地址获得相应的虚拟地址来访问硬件。在WinCE6.0中，可以在WINCE600/Platform/Common/Src/Inc/Oal_memory.h文件中找到相关的操作函数，这些函数用来虚拟地址与物理地址之间的转换，它们都是基于OEMAddressTable表的。也就是说，首先要在OEMAddressTable中定义虚拟地址到物理地址之间的映射关系，然后才能使用这些函数。这些函数可以在OAL中使用，也可以在EBOOT中使用，有时也会在驱动中使用。

函数都比较简单，介绍一下：

VOID* OALCAtoUA(VOID *ca)：

该函数根据Cached的虚拟地址，返回Uncached的虚拟地址

VOID* OALPAtoCA(UINT32 pa)：

该函数根据硬件物理地址，返回Cached的虚拟地址

VOID* OALPAtoUA(UINT32 pa)：

该函数根据硬件物理地址，返回Uncached的虚拟地址

VOID* OALPAtoVA(UINT32 pa, BOOL cached)：
该函数根据硬件物理地址，返回虚拟地址，虚拟地址是否为Cached取决于参数cached，TRUE表示Cached，FALSE表示Uncached

VOID* OALUAtoCA(VOID *ua)：

该函数根据Uncached的虚拟地址，返回cached的虚拟地址

UINT32 OALVAtoPA(VOID *va)：

该函数根据虚拟地址，返回相应的硬件物理地址

函数用起来很简单，无非是在物理地址，Cached/Uncached的虚拟地址之间转换。但是物理地址必须在OEMAddressTable中定义才可以。所以说白了，也是一种内存静态映射。

//转成地址空间里的虚拟内存，这样就可以访问硬件了

void Virtual_Alloc()

{

    // GPIO Virtual alloc

s2440IOP = (volatile IOPreg *) VirtualAlloc(0,sizeof(IOPreg),MEM_RESERVE, PAGE_NOACCESS);

if(s2440IOP == NULL) {

RETAILMSG(1,(TEXT("For s2440IOP: VirtualAlloc faiLED!\r\n")));

}

else {

if(!VirtualCopy((PVOID)s2440IOP,(PVOID)(IOP_BASE),sizeof(IOPreg),PAGE_READWRITE | PAGE_NOCACHE )) {

RETAILMSG(1,(TEXT("For s2440IOP: VirtualCopy faiLED!\r\n")));

}

}

 

}