Linux對I/O連接埠資源的管理（5）

3．6 訪問I/O記憶體資源

　　儘管I/O連接埠空間曾一度在x86平台上被廣泛使用，但是由於它非常小，因此大多數現代匯流排的裝置都以記憶體映射方式（Memory－mapped）來
映射它的I/O連接埠（指I/O寄存器）和外設記憶體。基於記憶體映射方式的I/O連接埠（指I/O寄存器）和外設記憶體可以通稱為“I/O記憶體”資源（I/O
Memory）。因為這兩者在硬體實現上的差異對於軟體來說是完全透明的，所以驅動程式開發人員可以將記憶體映射方式的I/O連接埠和外設記憶體統一看作是“I
/O記憶體”資源。

　　從前幾節的闡述我們知道，I/O記憶體資源是在CPU的單一記憶體物理地址空間內進行編址的，也即它和系統RAM同處在一個物理地址空間內。因此通過CPU的訪內指令就可以訪問I/O記憶體資源。

　　一般來說，在系統運行時，外設的I/O記憶體資源的物理地址是已知的，這可以通過系統韌體（如BIOS）在啟動時分配得到，或者通過裝置的硬連線
（hardwired）得到。比如，PCI卡的I/O記憶體資源的物理地址就是在系統啟動時由PCI
BIOS分配並寫到PCI卡的配置空間中的BAR中的。而ISA卡的I/O記憶體資源的物理地址則是通過裝置硬連線映射到640KB－1MB範圍之內的。但
是CPU通常並沒有為這些已知的外設I/O記憶體資源的物理地址預定義虛擬位址範圍，因為它們是在系統啟動後才已知的（某種意義上講是動態），所以驅動程
序並不能直接通過物理地址訪問I/O記憶體資源，而必須將它們映射到核心虛地址空間內（通過頁表），然後才能根據映射所得到的核心虛位址範圍，通過訪內指令
訪問這些I/O記憶體資源。

　　3．6．1 映射I/O記憶體資源

　　linux在io.h標頭檔中聲明了函數ioremap（），用來將I/O記憶體資源的物理地址映射到核心虛地址空間（3GB－4GB）中，如下：

void * ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size,
unsigned long flags);
void iounmap(void * addr);

　　函數用於取消ioremap（）所做的映射，參數addr是指向核心虛地址的指標。這兩個函數都是實現在mm/ioremap.c檔案中。具體實現可參考《情景分析》一書。

　　3．6．2 讀寫I/O記憶體資源

　　在將I/O記憶體資源的物理地址映射成核心虛地址後，理論上講我們就可以象讀寫RAM那樣直接讀寫I/O記憶體資源了。但是，由於在某些平台上，對I/O
記憶體和系統記憶體有不同的訪問處理，因此為了確保跨平台的相容性，linux實現了一系列讀寫I/O記憶體資源的函數，這些函數在不同的平台上有不同的實現。
但在x86平台上，讀寫I/O記憶體與讀寫RAM無任何差別。如下所示（include/asm-i386/io.h）：

#define readb(addr) (*(volatile unsigned char *)
__io_virt(addr))
#define readw(addr) (*(volatile unsigned short *)
__io_virt(addr))
#define readl(addr) (*(volatile unsigned int *)
__io_virt(addr))

#define writeb(b,addr) (*(volatile unsigned char *) __io_virt(addr)
= (b))
#define writew(b,addr) (*(volatile unsigned short *)
__io_virt(addr) = (b))
#define writel(b,addr) (*(volatile unsigned int *) __io_virt(addr)
= (b))

#define memset_io(a,b,c) memset(__io_virt(a),(b),(c))
#define memcpy_fromio(a,b,c) memcpy((a),__io_virt(b),(c))
#define memcpy_toio(a,b,c) memcpy(__io_virt(a),(b),(c))

　　上述定義中的宏__io_virt()僅僅檢查虛地址addr是否是核心空間中的虛地址。該宏在核心2.4.0中的實現是臨時性的。具體的實現函數在arch/i386/lib/Iodebug.c檔案。

　　顯然，在x86平台上訪問I/O記憶體資源與訪問系統主存RAM是無差別的。但是為了保證驅動程式的跨平台的可移植性，我們應該使用上面的函數來訪問I/O記憶體資源，而不應該通過指向核心虛地址的指標來訪問。