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让硬件动起来！ ——驱动与硬件的接口 常用的系统资源 I/O端口 I/O内存 中断 DMA 内存 系统编址 统一编址：外设端口和主存单元使用同一组地址总线，属于同一个地址空间。对CPU来说，没有端口和内存的区别，CPU使用同一套硬件指令进行访问。 独立编址：外设端口和主存单元使用不同的地址总线，属于两个不同的地址空间（内存空间和I/O空间）。CPU使用两套不同的硬件指令分别访问主存单元和外设寄存器。 I/O端口和I/O内存 I/O端口就是映射到端口地址空间的外设寄存器或外设内存（I/O映射）。 I/O内存就是映射到内存地址空间的外设寄存器或外设内存(内存映射）。 I/O端口和I/O内存统称为I/O寄存器。 I/O寄存器和常规内存的区别 硬件寄存器和内存非常相似，在CPU看来几乎没有什么区别，但对硬件寄存器的I/O操作有“副作用”（主要目的），内存则没有。在编程实现时应注意不恰当的优化而带来的非预期的I/O动作。 驱动保证不使用高速缓存（禁用缓存） 访问I/O寄存器不重新排序（内存屏障） 分配I/O端口 #include linux/ioport.h int check_region(unsigned long start, unsigned long len); struct resource *request_region(unsigned long start, unsigned long len, char *name); void release_region(unsigned long start, unsigned long len); 分配I/O端口 check_region用来检查是否可以分配某个端口地址范围，如果不可以则返回一个负的错误编码。 request_region完成真正的端口地址范围分配，成功则返回一个非空指针。 release_region在驱动完成任务后被调用，以便释放分配的端口地址。 访问I/O端口 驱动程序申请了必须使用的I/O端口地址后，需要读写这些端口，以完成相关硬件操作。大多数的硬件把8位、16位、32位的端口区分开来对待。Linux内核头文件中定义了一些访问I/O端口的内联函数。 I/O端口访问函数 unsigned inb(unsigned port); void oub(unsigned char byte, unsigned port); unsigned inw(unsigned port); void outw(unsigned short word, unsigned port); unsigned inl(unsigned port); void outl(unsigned longword, unsigned port); 分配I/O内存 #include linux/ioport.h int check_mem_region(unsigned long start, unsigned long len); void request_mem_region(unsigned long start, unsigned long len, char *name); release_mem_region(unsigned long start, unsigned long len); 分配I/O内存 check_mem_region函数用来检查是否可以分配某个内存地址范围，如果不可以则返回一个负的错误编码。 request_mem_region函数完成真正的内存地址范围分配，成功则返回一个非空指针。 release_mem_region函数在驱动完成任务后被调用，以便释放分配的内存地址。 注：分配I/O内存时使用物理地址。 访问I/O内存 若内存经由页表访问，则必须安排I/O内存物理地址对驱动程序可见。 若内存不经由页表访问，则I/O内存就像I/O端口一样，可以直接用适当形式的包装函数进行访问。 X86上内存是经由页表访问的。 经由页表访问I/O内存 大多数平台都不直接映射内存，而通过MMU进行管理，所以软件（驱动）看到的内存地址只是虚拟内存地址。 外设寄存器（ I/O内存）映射的内存地址是物理地址。 为了访问I/O内存，必须有一种把物理内存转换到虚拟内存的机制。这就是ioremap(和iounmap)要做的事情。 虚拟内存分配 ioremap函数通过建立新的页表将一段已知的物理地址转换成虚拟地址供软件（驱动）使用。 ioremap函数只分配虚拟内存，并不实际分配物理内存。 void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size); void