外设IO地址空间中的地址怎么转换到内核态的虚拟地址空间(一个ioremap函数真的解释清楚了么)

LZ发问:

在看到i/o memory i/o region,以及ioremap，mmap时，被这些概念弄糊涂了，看到zhanrk的《Linux对IO端口资源的管理》后，对memory-mapped的i/o还是有些疑问，



我们都知道，采用I/O映射方式的X86处理器为外设实现了一个单独的地址空间，也即“I/O空间”（I/O Space）或称为“I/O端口空间”，其大小是64KB（0x0000－0xffff）。Linux在其所支持的所有平台上都实现了“I/O端口空间”这一概念。
由于I/O空间非常小，因此即使外设总线有一个单独的I/O端口空间，却也不是所有的外设都将其I/O端口（指寄存器）映射到“I/O端口空间”中。比如，大多数PCI卡都通过内存映射方式来将其I/O端口或外设内存映射到CPU的RAM物理地址空间中。而老式的ISA卡通常将其I/O端口映射到I/O端口空间中。

Linux是基于“I/O Region”这一概念来实现对I/O端口资源（I/O－mapped 或 Memory－mapped）的管理的。 文中提到通过内存映射（memory-mapped）的i/o端口（寄存器），这里的内存映射是用ioremap实现的吗？ 这里的映射是指直接用ioremap将i/o 端口（register）映射到核心虚地址空间（3GB－4GB）中吗？



那这句话 “比如，大多数PCI卡都通过内存映射方式来将其I/O端口或外设内存映射到CPU的RAM物理地址空间中” 里面提到的将i/o映射到cpu的RAM物理地址空间又是什么意思？ 搞不明白内存映射（memory-mapped）的i/o 端口到底和系统的RAM是个什么关系？ 对memory-mapped的i/o端口操作过程中，和系统的RAM 是个什么关系呢，还是根本就没关系？


Re: 弱弱的问个i/o memory的问题，高手帮个忙

分成两步你就理解了:

第一步：

硬件级：cpu怎样访问外设存储空间？
一种方式，cpu用单独的指令访问，这个单独的指令需要一个要操作的外设存储空间的地址，这就是I/O端口（I/O port）。
另一种方式,cpu不用单独的指令访问外设存储空间，用通常的访问存储器的方式访问外设存储空间，这就是I/O存储器（memory-mapped）。
memory比port好在它不是固定大小的，只受系统配置的常规存储器大小和系统地址空间大小的限制。port的空间是固定的，现在有些外设的存储空间要求很大，port的局限性就显现出来了，因此，现在的观点是用memory-mapped的外设存储空间。
外设存储空间不能固定，否则，如果某台机器有两个外设都使用相同存储空间（port和memory一样，这里不区分了），那么cpu发出的访问外设存储空间是那个外设的呢？就冲突了。
因此，这里存在一个映射关系，在“远古”的时候，通过调整外设上的跳线来调整（映射），确保在一台机器上的外设存储空间不发生冲突。在“现代”（例如：pci总线规范中），在机器启动时，在bios中有个程序来分配资源（这里用资源因为还包括中断号的映射），完成外设存储空间的映射。

第二步：
虚拟存储空间到物理存储空间的映射，这个映射就不多说了吧。

Re: 弱弱的问个i/o memory的问题，高手帮个忙

先谢谢你的答复，我还想问一下，你所说的通过bios来完成外设存贮空间的映射，是说将外设i/o存贮器映射到系统的或者cpu的RAM上来吗？还是说外设的存贮空间和系统的RAM是属于同一个级别，cpu同等对待的？


Re: 弱弱的问个i/o memory的问题，高手帮个忙

Memory不只是RAM，从CPU Core角度来说，它通过Load/Store指令访问内存时，并不知道访问的是RAM,ROM,Flash还是PCI板载的RAM或寄存器，也不需要知道，CPU Core仅仅是按照协议把地址，数据，读写信号发送出去，等待结果就可以了，具体访问什么由地址译码模块决定。

Re: 弱弱的问个i/o memory的问题，高手帮个忙

我查了以前的帖子 看到这些关于pci memory 和pci i/o的文章 括号里是一些留言

http://www.lslnet.com/linux/showflat.php?Cat=&Board=linuxK&Number=253505&page=&view=&sb=&o=&fpart=all&vc=1
（ 首先，在linux启动时，要扫描pci设备，然后为其分配中断号、端口号等必须的资源，如果此pci设备有自己的内存，必须将其映射到整个系统的物理内存空间中。然后，还要将这些这块物理内存映射到内核虚拟地址（通过函数__ioremap调用）。以后，访问pci的内存只需访问相应的虚拟地址就可以了。

系统要经过俩次映射：
1.设备上的ram映射到物理空间
2.在把该物理地址映射到虚拟空间去 ）

http://www.lslnet.com/linux/showflat.php?Cat=&Board=linuxK&Number=402001&page=&view=&sb=&o=&vc=1

（ the memory on pci device is mapped in memory space by hardware.
pci device has registers(base adress register) point out its on-chip memory's base address in system memory space . these register are set by OS(pci bus driver) at system init time. ）

http://www.lslnet.com/linux/showflat.php?Cat=&Board=linuxK&Number=323326&page=&view=&sb=&o=&fpart=all&vc=1

（
设备可以根据需要把（设备上的）RAM和寄存器映射到（系统的）内存和I/O区间

PC总线上i/o操作和内存操作对应着不同的总线信号，所以是设备本身决定其资源（寄存器和RAM）是一种I/O资源，还是一种内存资源。
而智能的设备，如PCI设备，都允许系统(HOST CPU)配置设备上的资源（无论是内存还是I/O)在系统整个资源表中的位置，以简化硬件的管理工作。
）

归纳里面提到的是不是就是说
在系统初始化时，通过硬件完成设备上的RAM和寄存器到系统的物理内存空间的映射，这里提到的系统的物理内存空间是不是就是系统或cpu的RAM？简单的说是不是先通过硬件将设备的RAM和寄存器映射到系统或cpu的RAM上之后，之后才是到虚拟空间的映射?


Re: 弱弱的问个i/o memory的问题，高手帮个忙

准确地说，是设备上的RAM和寄存器映射到CPU的物理内存空间，所谓系统RAM（即常说的SDRAM或DDR）也要映射到CPU的物理内存空间。这些映射通常是软件做的，例如BIOS或boot，Linux内核也会做一部分。

Re: 弱弱的问个i/o memory的问题，高手帮个忙



把这些概念弄混了 那您的意思是不是说外设的RAM和寄存器是映射到cpu的物理地址空间,而这个过程和系统RAM（即常说的SDRAM或DDR）没有牵扯？ 唉 快被弄晕了



Re: 弱弱的问个i/o memory的问题，高手帮个忙



我也来请教一下
设备的IO memory映射到虚拟空间的时候，是分页的
而页的属性，比如读、写、执行等怎么设置的？



Re: 弱弱的问个i/o memory的问题，高手帮个忙

页属性由MMU控制，如何设置要看MMU的手册，在linux中则简单，都给你封装好了。页属性完全是OS的事，不关其它的。