Linux内核开发之内存与I/O访问(二)

“小涛哥，咱们说Linux设备驱动程序说了那么久，怎么从来不说实际设备呢，顶多就说了下内存，总感觉驱动程序是和设备分离的，怎么关联起来..”小王思索着。
“不错，这也正是这次讲课的内容，设备I/O端口与I/O内存的访问”我啊，禁不住拍拍她的头。
对于一块实际的设备而言，通常会提供一组寄存器来用于控制设备，读写设备和获取设备状态，也就是我们常说的控制寄存器，数据寄存器和状态寄存器。这些寄存器可能位于I/O空间(这时叫做I/O端口)，也可能位于内存空间(对应的内存空间被成为I/O内存)。在Linux中提供了一系列的I/O端口和I/O内存操作的接口如下：
1）I/O端口操作：在Linux设备驱动中，应使用Linux内核提供的函数来访问定位于I/O空间的端口，包括一下几种：
*读写字节端口（8位宽）
unsigned inb(unsigned port);【读】 voi outb(unsigned char byte, unsigned port);【写】
*读写字端口（16位宽）
unsigned inw(unsigned port);【读】 voi outw(unsigned short word, unsigned port);【写】
*读写长字端口（32位宽）
unsigned inl(unsigned port);【读】 voi outl(unsigned longword, unsigned port);【写】
*读写一串字节
unsigned insb(unsigned port， void *addr， unsigned long count);【读】 voi outsb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);【写】
*读写一串字 unsigned insw(unsigned port， void *addr，unsigned long count);【读】 voi outsb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);【写】
*读写一串长字
unsigned insl(unsigned port， void * addr， unsigned long count);【读】 voi outsb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);【写】
说明：上述各函数中I/O端口port的类型长度依赖与具体的硬件平台，所以只是写出了unsigned
2）I/O内存：在内核中访问I/O内存之前，需首先使用ioremap()函数将设备所处的物理地址映射到虚拟地址。
*ioremap()原型：void *ioremap(unsigned long offset, unsigned long size);
它返回一个特殊的虚拟地址，该地址可用来存取特定的物理地址范围。用它返回的虚拟地址应该使用iounmap()函数释放。
*iounmap()原型：void iounmap(void *addr);
现在，有了物理地址锁映射出来的虚拟地址后，我们就可以通过c指针来直接访问这些地址，但Linux内核也提供了一组函数来完成这中虚拟地址的读写。如下
*读IO内存
unsigned int ioread8(void *addr); unsigned int ioread16(void *addr); unsigned int ioread32(void *addr); 与之对应的较早版本是：
unsigned readb(address); unsigned readw(address); unsigned readl(address); 这些在2.6的内核中依然可以使用。
*写IO内存
void iowrite8(u8 value，void *addr); void iowrite16(u16 value, void *addr); void iowrite32(u32 value, void *addr); 与之对应的较早版本是：
void writeb(unsigned value, address); void writew(unsigned value,address); void writel(unsigned value,address); 2.6的内核中依然可以使用。
*读一串IO内存 *写一串IO内存
void ioread8_rep(void *addr， void *buf, unsigned long count); void iowrite8_rep(void *addr， void *buf, unsigned long count);
void ioread16_rep(void *addr， void *buf, unsigned long count); void iowrite8_rep(void *addr， void *buf, unsigned long count);
void ioread32_rep(void *addr， void *buf, unsigned long count); void iowrite8_rep(void *addr， void *buf, unsigned long count);
*复制IO内存
void memcpy_fromio(void *dest, void *source, unsigned int count);
void memcpy_toio(void *dest, void *source, unsigned int count);
*设置IO内存
void *ioport_map(unsigned long port, unsigned int count);
3)把IO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IO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向访问IO内存一样访问这些端口，当不再需要这种映射时，调用：
void ioport_unmap(void *addr); 来撤销这种映射
4)IO端口申请
struct resource *request_region(unsigned long first, unsigned long n, const char *name);
这个函数向内核申请n个端口，这些端口从first开始，name参数为设备的名称，成功返回非NULL.一旦申请端口使用完成后，应当使用：
void release_region(unsigned long start, unsigned long n);
5)IO内存申请
struct resource *request_mem_region(unsigned long start, unsigned long len, char *name);
这个函数向内核申请n个内存，这些地址从first开始，name为设备的名称，成功返回非NULL,一旦申请的内存使用完成后，应当使用：
void release_mem_region() ; 来释放归回给系统。需要说明的是这两个函数也不是必须的，但建议使用。
6)通过以上的基础，我们就可以归纳出设备驱动访问IO端口和IO内存的步骤。
一种方法是：直接使用IO端口操作函数：在设备打开或驱动模块被加载时申请IO端口区域，之后使用inb(),outb()等进行端口访问，最后在设备关闭或驱动被卸载时释放IO端口范围。流程如下：



另外一种途径是:将IO端口映射为内存进行访问，在设备打开或驱动模块被加载时，申请IO端口区域并使用ioport_map()映射到内存，之后使用IO内存的函数进行端口访问，最后，在设备关闭或驱动模块被卸载时释放IO端口并释放映射，流程如下：



上边是IO端口的访问方法，至于IO内存的访问方法是：首先调用request_mem_region()申请资源，接着将寄存器地址通过ioremap()映射到内核空间的虚拟地址，之后就可以Linux设备访问编程接口访问这些寄存器了，访问完成后，使用ioremap()对申请的虚拟地址进行释放，并释放release_mem_region()申请的IO内存资源。
流程如下：



“小王，感觉怎么样呢， 我是尽最大努力了哈”我说。
“可以，可以，感觉挺好，我觉得哈，你要是多画图，我就没问题，就像上边三个图一样”小王调皮的说。