Linux系统对IO端口和IO内存的管理
2、独立编址而另外一些体系结构的CPU（典型地如X86）则为外设专门实现了一个单独地地址空间，称为“I/O地址空间”或者“I/O端口空间”。这是一个与CPU地RAM物理地址空间不同的地址空间，所有外设的I/O端口均在这一空间中进行编址。CPU通过设立专门的I/O指令（如X86的IN和OUT指令）来访问这一空间中的地址单元（也即I/O端口）。与RAM物理地址空间相比，I/O地址空间通常都比较小，如x86 CPU的I/O空间就只有64KB（0－0xffff）。这是“I/O映射方式”的一个主要缺点。 独立编址也称为“I/O端口”方式，外设寄存器位于“I/O（地址）空间”。 3、优缺点独立编址主要优点是： 1）、I/O端口地址不占用存储器空间；使用专门的I／O指令对端口进行操作，I/O指令短，执行速度快。 2）、并且由于专门I/O指令与存储器访问指令有明显的区别，使程序中I/O操作和存储器操作层次清晰，程序的可读性强。 3）、同时，由于使用专门的I/O指令访问端口，并且I/O端口地址和存储器地址是分开的，故I/O端口地址和存储器地址可以重叠，而不会相互混淆。 4）、译码电路比较简单(因为I/0端口的地址空间一般较小，所用地址线也就较少)。 其缺点是：只能用专门的I/0指令，访问端口的方法不如访问存储器的方法多。 统一编址优点： 1）、由于对I/O设备的访问是使用访问存储器的指令，所以指令类型多，功能齐全，这不仅使访问I/O端口可实现输入/输出操作，而且还可对端口内容进行算术逻辑运算，移位等等； 2）、另外，能给端口有较大的编址空间，这对大型控制系统和数据通信系统是很有意义的。 这种方式的缺点是端口占用了存储器的地址空间，使存储器容量减小，另外指令长度比专门I/O指令要长，因而执行速度较慢。 究竟采用哪一种取决于系统的总体设计。在一个系统中也可以同时使用两种方式，前提是首先要支持I/O独立编址。Intel的x86微处理器都支持I/O 独立编址，因为它们的指令系统中都有I/O指令，并设置了可以区分I/O访问和存储器访问的控制信号引脚。而一些微处理器或单片机，为了减少引脚，从而减 少芯片占用面积，不支持I/O独立编址，只能采用存储器统一编址。 五、Linux下访问IO端口对于某一既定的系统，它要么是独立编址、要么是统一编址，具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。 如，PowerPC、m68k等采用统一编址，而X86等则采用独立编址，存在IO空间的概念。目前，大多数嵌入式微控制器如ARM、PowerPC等并不提供I/O空间，仅有内存空间，可直接用地址、指针访问。但对于Linux内核而言，它可能用于不同的CPU，所以它必须都要考虑这两种方式，于是它采用一种新的方法，将基于I/O映射方式的或内存映射方式的I/O端口通称为“I/O区域”（I/O region），不论你采用哪种方式，都要先申请IO区域：request_resource()，结束时释放它：release_resource()。 IO region是一种IO资源，因此它可以用resource结构类型来描述。 访问IO端口有2种途径：I/O映射方式（I/O－mapped）、内存映射方式（Memory－mapped）。前一种途径不映射到内存空间，直接使用 intb()/outb()之类的函数来读写IO端口；后一种MMIO是先把IO端口映射到IO内存（“内存空间”），再使用访问IO内存的函数来访问 IO端口。 1、I/O映射方式直接使用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。 in、out、ins和outs汇编语言指令都可以访问I/O端口。内核中包含了以下辅助函数来简化这种访问： inb( )、inw( )、inl( ) 分别从I/O端口读取1、2或4个连续字节。后缀“b”、“w”、“l”分别代表一个字节（8位）、一个字（16位）以及一个长整型（32位）。 inb_p( )、inw_p( )、inl_p( ) 分别从I/O端口读取1、2或4个连续字节，然后执行一条“哑元（dummy，即空指令）”指令使CPU暂停。 outb( )、outw( )、outl( ) 分别向一个I/O端口写入1、2或4个连续字节。 outb_p( )、outw_p( )、outl_p( ) 分别向一个I/O端口写入1、2或4个连续字节，然后执行一条“哑元”指令使CPU暂停。 insb( )、insw( )、insl( ) 分别从I/O端口读入以1、2或4个字节为一组的连续字节序列。字节序列的长度由该函数的参数给出。 outsb( )、outsw( )、outsl( ) 分别向I/O端口写入以1、2或4个字节为一组的连续字节序列。 流程如下：
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