外設IO地址空間中的地址怎麼轉換到核心態的虛擬位址空間(一個ioremap函數真的解釋清楚了麼)

LZ發問:

在看到i/o memory i/o region,以及ioremap，mmap時，被這些概念弄糊塗了，看到zhanrk的《Linux對IO連接埠資源的管理》後，對memory-mapped的i/o還是有些疑問，

 

我們都知道，採用I/O映射方式的X86處理器為外設實現了一個單獨的地址空間，也即“I/O空間”（I/O Space）或稱為“I/O連接埠空間”，其大小是64KB（0x0000－0xffff）。Linux在其所支援的所有平台上都實現了“I/O連接埠空間”這一概念。
由於I/O空間非常小，因此即使外設匯流排有一個單獨的I/O連接埠空間，卻也不是所有的外設都將其I/O連接埠（指寄存器）映射到“I/O連接埠空間”中。比如，大多數PCI卡都通過記憶體映射方式來將其I/O連接埠或外設記憶體映射到CPU的RAM物理地址空間中。而老式的ISA卡通常將其I/O連接埠映射到I/O連接埠空間中。

Linux是基於“I/O Region”這一概念來實現對I/O連接埠資源（I/O－mapped 或 Memory－mapped）的管理的。 文中提到通過記憶體映射（memory-mapped）的i/o連接埠（寄存器），這裡的記憶體映射是用ioremap實現的嗎？ 這裡的映射是指直接用ioremap將i/o 連接埠（register）映射到核心虛地址空間（3GB－4GB）中嗎？

 

那這句話 “比如，大多數PCI卡都通過記憶體映射方式來將其I/O連接埠或外設記憶體映射到CPU的RAM物理地址空間中” 裡面提到的將i/o映射到cpu的RAM物理地址空間又是什麼意思？ 搞不明白記憶體映射（memory-mapped）的i/o 連接埠到底和系統的RAM是個什麼關係？ 對memory-mapped的i/o連接埠操作過程中，和系統的RAM 是個什麼關係呢，還是根本就沒關係？

 
  Re: 弱弱的問個i/o memory的問題，高手幫個忙 
 
分成兩步你就理解了:

第一步：

硬體級：cpu怎樣訪問外設儲存空間？
一種方式，cpu用單獨的指令訪問，這個單獨的指令需要一個要操作的外設儲存空間的地址，這就是I/O連接埠（I/O port）。
另一種方式,cpu不用單獨的指令訪問外設儲存空間，用通常的訪問儲存空間的方式訪問外設儲存空間，這就是I/O儲存空間（memory-mapped）。
memory比port好在它不是固定大小的，只受系統配置的常規儲存空間大小和系統地址空間大小的限制。port的空間是固定的，現在有些外設的儲存空間要求很大，port的局限性就顯現出來了，因此，現在的觀點是用memory-mapped的外設儲存空間。
外設儲存空間不能固定，否則，如果某台機器有兩個外設都使用相同儲存空間（port和memory一樣，這裡不區分了），那麼cpu發出的訪問外設儲存空間是那個外設的呢？就衝突了。
因此，這裡存在一個映射關係，在“遠古”的時候，通過調整外設上的跳線來調整（映射），確保在一台機器上的外設儲存空間不發生衝突。在“現代”（例如：pci匯流排規範中），在機器啟動時，在bios中有個程式來分配資源（這裡用資源因為還包括中斷號的映射），完成外設儲存空間的映射。

第二步：
虛擬儲存空間到實體儲存體空間的映射，這個映射就不多說了吧。

  Re: 弱弱的問個i/o memory的問題，高手幫個忙 
 
先謝謝你的回覆，我還想問一下，你所說的通過bios來完成外設存貯空間的映射，是說將外設i/o存貯器映射到系統的或者cpu的RAM上來嗎？還是說外設的存貯空間和系統的RAM是屬於同一個層級，cpu同等對待的？

  
  Re: 弱弱的問個i/o memory的問題，高手幫個忙 
 
Memory不只是RAM，從CPU Core角度來說，它通過Load/Store指令訪問記憶體時，並不知道訪問的是RAM,ROM,Flash還是PCI板載的RAM或寄存器，也不需要知道，CPU Core僅僅是按照協議把地址，資料，讀寫訊號發送出去，等待結果就可以了，具體訪問什麼由地址解碼模組決定。
 
  Re: 弱弱的問個i/o memory的問題，高手幫個忙  
 
我查了以前的文章 看到這些關於pci memory 和pci i/o的文章 括弧裡是一些留言

http://www.lslnet.com/linux/showflat.php?Cat=&Board=linuxK&Number=253505&page=&view=&sb=&o=&fpart=all&vc=1
（ 首先，在linux啟動時，要掃描pci裝置，然後為其分配中斷號、連接埠號碼等必須的資源，如果此pci裝置有自己的記憶體，必須將其映射到整個系統的實體記憶體空間中。然後，還要將這些這塊實體記憶體映射到核心虛擬位址（通過函數__ioremap調用）。以後，訪問pci的記憶體只需訪問相應的虛擬位址就可以了。

系統要經過倆次映射：
1.裝置上的ram映射到物理空間
2.在把該物理地址映射到虛擬空間去 ）

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

（
裝置可以根據需要把（裝置上的）RAM和寄存器映射到（系統的）記憶體和I/O區間

PC匯流排上i/o操作和記憶體操作對應著不同的匯流排訊號，所以是裝置本身決定其資源（寄存器和RAM）是一種I/O資源，還是一種記憶體資源。
而智能的裝置，如PCI裝置，都允許系統(HOST CPU)配置裝置上的資源（無論是記憶體還是I/O)在系統整個資源表中的位置，以簡化硬體的管理工作。
）

歸納裡面提到的是不是就是說
在系統初始化時，通過硬體完成裝置上的RAM和寄存器到系統的實體記憶體空間的映射，這裡提到的系統的實體記憶體空間是不是就是系統或cpu的RAM？簡單的說是不是先通過硬體將裝置的RAM和寄存器映射到系統或cpu的RAM上之後，之後才是到虛擬空間的映射?

 
  Re: 弱弱的問個i/o memory的問題，高手幫個忙 
 
準確地說，是裝置上的RAM和寄存器映射到CPU的實體記憶體空間，所謂系統RAM（即常說的SDRAM或DDR）也要映射到CPU的實體記憶體空間。這些映射通常是軟體做的，例如BIOS或boot，Linux核心也會做一部分。
 
  Re: 弱弱的問個i/o memory的問題，高手幫個忙 

 

把這些概念弄混了 那您的意思是不是說外設的RAM和寄存器是映射到cpu的物理地址空間,而這個過程和系統RAM（即常說的SDRAM或DDR）沒有牽扯？ 唉 快被弄暈了

 

  Re: 弱弱的問個i/o memory的問題，高手幫個忙 

 

我也來請教一下
裝置的IO memory映射到虛擬空間的時候，是分頁的
而頁的屬性，比如讀、寫、執行等怎麼設定的？

 

  Re: 弱弱的問個i/o memory的問題，高手幫個忙 
 
頁屬性由MMU控制，如何設定要看MMU的手冊，在linux中則簡單，都給你封裝好了。頁屬性完全是OS的事，不關其它的。