Linux装置I/O (二)（转载）
日期：2014-05-16 浏览次数：20625 次
序言：
前面我们提到，设备驱动程序的主要功能操作设备，更准确的说就是如何操作设备寄存器或设备内存。不同的计算机体系结构提供了不同的设备操作接口，主要就是 IO端口映射（Ports）或IO内存映射（Memory-Map ）。例如X86平台，它对设备的访问就同时提供了IO端口映射方式或IO内存映射方式，这个在大学的汇编语言课程里有详细的介绍，当然还有一些平台紧提供 IO内存映射。IO端口映射方式是CPU提供了独立的地址空间给设备IO，并且使用特定的汇编指令操作IO端口。IO内存映射方式提供了统一的内存编址方 式来访问设备IO，就像你访问系统内存一样。
通常对于一个给定的硬件平台电路板，它的设备寄存器或内存的物理地址就是确定的了，或者是相对确定的了（它们具有自己的IO地址空间）。但对于向 Linux这样的操作系统，驱动程序是不能直接访问设备的物理地址的，它必须把设备的物理地址映射到Linux内核的虚拟地址空间，这样驱动程序才能通过 虚拟地址操作设备。
IO区域：
Linux中使用IO区域（IO Region）来管理设备IO无论它是IO端口映射还是IO内存映射。IO区域是基于IO资源（Resource）来实现的，我们首先来看看IO资源在Linux里的定义：
struct resource {
????resource_size_t start;
????resource_size_t end;
????const char *name;
????unsigned long flags;
????struct resource *parent, *sibling, *child;
};
#define IORESOURCE_IO????????0x00000100???
#define IORESOURCE_MEM????????0x00000200
#define IORESOURCE_IRQ????????0x00000400
#define IORESOURCE_DMA????????0x00000800
extern int request_resource(struct resource *root, struct resource *new);
extern int release_resource(struct resource *new);
很明显，它是一个树结构。Linux里将IO资源分成不同的类型，如IO（Port）、MEM、IRQ、DMA，同时内核提供了IO Resource的操作函数，用于分配、请求、释放IO资源。
如果管理的IO资源有多个，直接使用IO资源函数就显得有些麻烦，还好Linux可以使用IO区域来管理这些资源，具体来说，就是Linux定义了一些宏管理IO资源，定义在头文件中，如下：
#define request_region(start,n,name)??__request_region(&ioport_resource,(start), (n),(name))
#define request_mem_region(start,n,name)__request_region(&iomem_resource,(start), (n),(name))
#define release_region(start,n)????__release_region(&ioport_resource, (start), (n))
#define check_mem_region(start,n)????__check_region(&iomem_resource, (start), (n))
#define release_mem_region(start,n)????__release_region(&iomem_resource, (start), (n))
在实际的编程中，我们基本上是使用这些宏来操作IO资源，即使你只有一个IO资源，这样可以保证程序的可扩展性和跨平台的兼容性。当然，你必须获取到IO 资源后才可以在Linux内核中操作IO设备。因此，一般来说，你需要在驱动的初始化函数在调用IO区域请求函数来获取IO区域。
最后要说明一点，就是这些宏操作的IO资源有两类，分别是ioport_resource和iomem_resource，他们定义在中：
struct resource ioport_resource = {
????.name????= "PCI IO",
????.start????= 0,
????.end????= IO_SPACE_LIMIT,
????.flags????= IORESOURCE_IO,
};
struct resource iomem_resource = {
????.name????= "PCI mem",
????.start????= 0,
????.end????= -1,
????.flags????= IORESOURCE_MEM,
};
IO 端口映射：
在一些平台，特别是X86平台，外设通常具有一个独立的地址空间，叫IO地址空间，对IO地址空间的访问必须使用特定的IO指令（如x86的IN/OUT 指令）。还有一些平台并没有IO地址空间，所有的IO都是内存映射（memory-mapped）的，为了提供程序的跨平台及兼容性，Linux为那些并 不支持IO地址空间的平台提供了IO端口操作函数，他们实际上还是通过访问IO内存映射地址来访问的。因此，不管你的程序是使用IO端口映射还是IO内存 映射，它都可以很好的运行到各种平台上。
回到我们的主题-IO端口映射。前面我们提到，在使用IO设备之前我们必须向Linux内核申请使用的资源，因此通常在我们的设备初始化函数或探测函数之中会有如下的代码：
if (!request_region(io_addr, IO_NUM, DRV_NAME))
????????return -ENODEV;
如果成功申请了IO端口资源，那么我们就可以调用IO端口访问函数来访问IO端口了，它们通常定义在头文件中（每个平台的定义都有所不同，但类似于下表）具体请参考头文件：
inb(unsigned port)
outb(u8 v, unsigned port)
inw(unsigned port)
oubw(u16 v, unsigned port)
inl(unsigned por
