linux设备驱动归纳总结（五）：3.操作硬件——IO静态映射
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有时候会觉得，每次访问硬件都要先通过ioremap来获取虚拟地址，其实有没有一种一劳永逸的方法，只要一次的操作，以后就能通过这个地址来访问硬件。答案是“有”，这就是接下来要介绍的IO内存静态映射。
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一、静态IO是怎么建立的
Io静态映射发生在内核启动的时候，接下来通过内核源代码来分析，如果你的开发板是mini2440或者时候mini2440的内核配置文件，可以跟着我同样修改。注意：我的开发板只是使用mini2440的配置文件，外围电路跟mini2440不一样。
注：以下代码在内核目录linux-2.6.29/arch/arm/mach-s3c2440/mach-mini2440.c。
静态映射的建立方法，是在内核启动的时候，读取struct map_desc结构体里面的成员：
/*arch/arm/include/asm/mach/map.h*/
14 struct map_desc {
15 unsigned long virtual; //存放以后需要操作的虚拟地址，由自己定义
16 unsigned long pfn; //需要操作的硬件的物理地址对应的页帧号，即物理地址右移12
17 unsigned long length; //需要映射的大小
18 unsigned int type; //类型
19 };
这里要说明两个成员：
1）物理地址的页帧号pfn：如果你了解linux的页式管理，那你应该知道，一个页的大小是4096B（2 << 12），所以一个地址的31-12位是用来表示一个地址对应的页帧号。对应的，一个物理地址，只要右移12位就能得到对应的页帧号，也可以使用函数：
#define __phys_to_pfn(paddr) ((paddr) >> PAGE_SHIFT) //其实也是右移12位
2）类型type：有下面这些类型定义：
/*include/asm/mach/map.h*/
21 /* types 0-3 are defined in asm/io.h */
22 #define MT_UNCACHED 4
23 #define MT_CACHECLEAN 5
24 #define MT_MINICLEAN 6
25 #define MT_LOW_VECTORS 7
26 #define MT_HIGH_VECTORS 8
27 #define MT_MEMORY 9
28 #define MT_ROM 10
其中，MT_UNCACHED是我们常用的，表示该地址不放在缓冲区cached中。要知道，为了方便内存的访问，内核会将一些经常使用的内存数据放在cached中，但是这样在访问寄存器时就不行了，如果寄存器改变了，内核读取数据是从cached中读取数据，而不在寄存器读取，这样的做法是不合理的。
首先，我们需要往这个结构体中填充我们需要访问的地址。
本来这个结构体是空的。
/*arch/arm/mach-s3c2440/mach-mini2440.c*/
45 static struct map_desc mini2440_iodesc[] __initdata = {
46 };
修改成：
45 static struct map_desc mini2440_iodesc[] __initdata = {
46 {
47 .virtual = 0xeeee0000,
48 .pfn = __phys_to_pfn(0x56000000), //0x56000
49 .length = SZ_4K, //这里我直接映射一页
50 .type = MT_UNCACHED
51 },
52 };
填充结构体后，我们再看看启动时通过调用什么函数：
/*linux-2.6.29/arch/arm/mach-s3c2440/mach-mini2440.c*/
264 static void __init mini2440_map_io(void)
265 { //就是这个函数，将我刚才修改的结构体的成员进行静态映射
266 s3c24xx_init_io(mini2440_iodesc, ARRAY_SIZE(mini2440_iodesc));
267 s3c24xx_init_clocks(12000000);
268 s3c24xx_init_uarts(mini2440_uartcfgs, ARRAY_SIZE(mini2440_uartcfgs));
269 }
这个函数里面有一个重要的函数——iotable_init()，其实大部分的工作都由这个函数来完成，实现静态映射。
既然修改了内核，就需要重新编译内核：
make bzImage
通过上面这几步，我们就实现了这样的一个操作，可以通过虚拟地址0xeeee0000来访问一页的物理地址。既然知道了虚拟地址和物理地址之间的关系，就不需要再用ioremap了。
为了更好的规范，我们使用一个头文件来定义寄存器的访问地址，方便编程时使用：
/*5th_mm_3/1st/test_map_io.h*/
1 #ifndef _TEST_H
2 #define _TEST_H
3
4 typedef volatile unsigned long * s3c_reg_t;
5
6 #define S3C2440_VA 0xeeee0000 //我们已经知道静态映射的虚拟地址
7
8 #define S3C2440_BASE(x) (S3C2440_VA + (x))
9 #define S3C2440_GPEBASE S3C2440_BASE(0x40)
10 #define S3C2440_GPECON S3C2440_BASE(0x40) //这就是我们要操作的寄存器
11 #define S3C2440_GPEDAT S3C2440_BASE(0x44)
12 #define S3C2440_GPEUP S3C2440_BASE(0x48)
13
14
15 #endif /* _TEST_H */
然后再修改一下前一节的2nd函数，去掉ioremap部分：
1 #include <linux/module.h>
2 #include <linux/init.h>
3
4 #include <asm/io.h>
5 #include "test_map_io.h"
6
7 s3c_reg_t *GPECON, *GPEDAT, *GPEUP;
8 unsigned long reg;
9
10 void led_device_init(void)
11 {
12 GPECON = (s3c_reg_t *)S3C2440_GPECON;
13 GPEDAT = (s3c_reg_t *)S3C2440_GPEDAT;
14 GPEUP = (s3c_reg_t *)S3C2440_GPEUP;
15 }
16
17 void led_configure(void)
18 {
19 reg = ioread32(GPECON);
20 reg &= ~(3 << 24);
21 reg |= (1 << 24);
22 iowrite32(reg, GPECON);
23
24 reg = ioread32(GPEUP);
25 reg &= ~(3 << 12);
26 iowrite32(reg, GPEUP);
27 }
28
29 void led_on(void)
30 {
31 reg = ioread32(GPEDAT);
32 reg &= ~(1 << 12);
33 iowrite32(reg, GPEDAT);
34 }
35
36 void led_off(void)
37 {
38 reg = ioread32(GPEDAT);
39 reg |= (1 << 12);
40 iowrite32(reg, GPEDAT);
41 }
42
43 static int __init test_init(void) //模块初始化函数
44 {
45 led_device_init();
46 led_configure();
47 led_on();
48 printk("hello led!\n");
49 return 0;
50 }
51
52 static void __exit test_exit(void) //模块卸载函数
53 {
54 led_off();
55 printk("bye\n");
56 }
57
58 module_init(test_init);
59 module_exit(test_exit);
60
61 MODULE_LICENSE("GPL");
62 MODULE_AUTHOR("xoao bai");
63 MODULE_VERSION("v0.1");
除了红笔部分，和删除的ioremap相关函数，其他部分都没有改动，效果还是一样，加载灯亮，卸载灯灭。
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二、总结
这节介绍的内容确实是少：
1）内核中使用什么数据结构来管理静态映射IO。
2）内核时候什么函数在启动过程实现静态IO映射。
3）如何编写驱动函数来使用静态映射IO。
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源代码： 5th_mm_3.rar