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大家好

今天我们来开始讲设备驱动的第二讲

I/O空间的管理

首先我们来介绍一下设备控制器

什么是设备控制器呢

它是计算机中的一个实体

其主要职责

是控制一个或多个I/O设备

以实现I/O设备

和处理器之间的数据交换

它是CPU与I/O设备之间的接口

它通过控制总线

接收从CPU发来的命令

并去控制I/O设备工作

控制器相当于CPU

与外设打交道的一个助理

以使处理器

从繁杂的设备控制事务中

解脱出来

设备通常会提供一组

寄存器来控制设备

读写设备

以及获取设备的状态

这些寄存器呢

就是控制寄存器

数据寄存器和状态寄存器

它们位于控制器中

从编址方式来说

如果I/O空间与内存一起编址

对应的内存空间被称为I/O内存

如图中的左边所示

如果I/O空间单独编址

就位于I/O空间

通常被称为I/O端口

如图中的右边所示

那么我们简单介绍一下

I/O端口

设备驱动程序

要直接访问外设

或其接口卡上的物理电路

通常以寄存器的形式出现访问

外设寄存器也称为I/O端口

通常包括

控制寄存器 状态寄存器

和数据寄存器

那么如何访问

I/O内存和I/O端口呢

问“I/O 内存”的方式呢

一般呢是通过

访问一般内存的指令呢

就可以访问I/O内存

那么访问 I/O 端口”的方式呢 是通过

外设寄存器的读 写

专门设置的指令呢来进行访问

下面我们来看一下

I/O内存资源的访问

用于I/O指令的 地址空间

相对来说呢是很小的

自从PCI总线出现后呢

无论CPU的设计采用I/O 端口方式

还是I/O内存方式呢

都必须将外设卡上的存储器

映射到内存空间

实际上是采用了虚拟内存的手段

这样的映射是通过专门的函数

叫做ioremap来建立的

该函数呢 如图所示

其中的参数呢

含义呢也在图里头呢给出来了

那么如何访问I/O端口空间呢

在驱动程序

请求了I/O端口空间中的端口资源后呢

它就可以通过CPU的I/O指令

来读写这些I/O端口

在读写I/O端口时要注意的一点就是

大多数平台都区分

8位 16位和32位的端口

其中port参数呢

指定I/O端口空间中的端口地址

在大多数平台上比如说x86上

它都是无符号的短整型

其它的一些平台上则是无符号的整型

显然 端口地址的类型

是由I/O端口空间的大小来决定的

那么如何查看你机子上的I/O口呢

你可以通过访问proc目录下

有个ioports文件

来获取设备当前的 I/O 端口号

下面我们给出I/O资源的管理

Linux将基于I/O端口

和I/O内存的映射方式呢

通称为 I/O区域

Linux设计了一个通用的数据结构

resource 来描述各种 I/O 资源

该结构呢定义在ioport.h中

那么这个结构的

其中各个字段以及含义呢

我们在这里已经列出 就不具体来说了

Linux下对I/O资源

主要用结构体resource来管理

管理的方法就是用resource来描述

使用的I/O资源的状态

并将这些resource用如下两个

resource作为表头

一个是呢ioport_resource

一个是iomem_resource

这个链表按地址

大小的顺序呢链接起来了

那么任何设备驱动程序都可以使用

下面三个函数申请 分配和释放资源

传递给它们的参数呢

作为资源树的根节点

和要插入的新资源数据结构的地址

是作为参数的

那么第一个函数叫request_resource

它是把一个给定范围分配给一个 I/O 设备

第二个函数是分配资源

第三个函数就是释放资源

那么如何管理I/O端口资源

我们采用I/O端口的

X86处理器为外设实现一个

单独的地址空间

也即 I/O空间 或称为 I/O 端口空间

其大小是64KB

Linux在其所支持的所有平台上

都实现了I/O端口空间 这一概念

Linux是基于 I/O 区域 这一概念来实现

对I/O端口资源的管理的

那么它在ioport.h这个文件里头

定义了三个对I/O端口空间

进行操作的接口函数

同样这三个函数分别是

申请资源

然后检查这个是否已被占用

最后呢是释放这个资源

在这里我们列出了三个具体的函数

下面介绍一下如何管理I/O区域资源

Linux将基于I/O端口和基于I/O内存

的资源统称为 I/O区域

I/O 区域仍然是一种I/O资源

因此它仍然可以用

resource结构类型来描述

Linux在头文件include/linux/ioport.h中

定义了三个对I/O区域进行操作的函数

那么这三个函数我们看

前面都加了两下划线

啊 一般表示内部的函数

其中我们对第一个函数

__request_region这个函数做一个

简要的介绍

它是查找resource

链表中是否有与申请的I/O资源有冲突

如果冲突则返回NULL

如不冲突则将新申请的resource地址

从小到大的

顺放依次插入至以ioport_resource或者

iomem_resource为链表头的单向链表中

那么如何管理I/O内存资源呢

基于I/O区域的操作函数一般为

__xxx_region

如前面所示

那么在这里呢

定义了三个对I/O内存进行操作的函数

I/O内存操作的函数呢

是在中间呢 我们看加了一个mem

表示是对内存的操作

那么第一个函数同样是分配资源

第二个是检测

最后呢是一个释放内存的资源

那么最后我们对

这部分的内容呢做一个小结

Linux是以一种倒置的树形结构

来管理每一类I/O资源

包括I/O端口 外设内存 DMA和IRQ等

每一类I/O资源

都对应有一颗倒置的资源树

树中的每一个节点

都是一个resource结构

而树的根结点root则描述了

该类资源的整个资源空间

下面我们来给出参考文献

首先呢就是Linux驱动开发

依然是最经典的参考书

那么网上有大量的驱动开发的资料

我们在这里针对这一节的内容

推荐一篇基础篇

大家可以去查阅

最后我们带着疑问上路

内核对I/O资源的管理

为什么采用树结构 谢谢大家