ioremap函数解析-hyj-001757-ChinaUnix博客

void * __ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size, unsigned long flags)
入口： phys_addr：要映射的起始的IO地址；

size：要映射的空间的大小；

flags：要映射的IO空间的和权限有关的标志；

功能：将一个IO地址空间映射到内核的虚拟地址空间上去，便于访问；

实现：对要映射的IO地址空间进行判断，低PCI/ISA地址不需要重新映射，也不允许用户将IO地址空间映射到正在使用的RAM中，最后申请一个 vm_area_struct结构，调用remap_area_pages填写页表，若填写过程不成功则释放申请的vm_area_struct空间；

意义：
比如isa设备和pci设备，或者是fb，硬件的跳线或者是物理连接方式决定了硬件上的内存影射到的cpu物理地址。
在内核访问这些地址必须分配给这段内存以虚拟地址,这正是__ioremap的意义所在 ,需要注意的是,物理内存已经"存在"了,无需alloc page给这段地址了.

文件中的注释也是比较详尽的,并且只暴露了__ioremap,iounmap两个函数供其他模
块调用,函数remap_area_pte,remap_area_pmd,remap_area_pages只为__ioremap所用.

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为了使软件访问I/O内存,必须为设备分配虚拟地址.这就是ioremap的工作.这个函数专门用来为I/O内存区域分配虚拟地址(空间).对于直接映射的I/O地址ioremap不做任何事情(uClinux中是这么实现的??)
有了ioremap(和iounmap),设备就可以访问任何I/O内存空间,不论它是否直接映射到虚拟地址空间.但是,这些地址永远不能直接使用(指物理地址),而要用readb这种函数.

根据计算机平台和所使用总线的不同，I/O 内存可能是，也可能不是通过页表访问的，通过页表访问的是统一编址（PowerPC），否则是独立编址(Intel)。如果访问是经由页表进行的，内核必须首先安排物理地址使其对设备驱动程序可见（这通常意味着在进行任何 I/O 之前必须先调用 ioremap）。如果访问无需页表，那么 I/O 内存区域就很象 I/O 端口，可以使用适当形式的函数读写它们。

不管访问 I/O 内存时是否需要调用 ioremap，都不鼓励直接使用指向 I/O 内存的指针。尽管（在“I/O 端口和 I/O 内存” 介绍过）I/O 内存在硬件一级是象普通 RAM 一样寻址的，但在“I/O 寄存器和常规内存”中描述过的那些需要额外小心的情况中已经建议不要使用普通指针。相反，使用“包装的”函数访问 I/O 内存，一方面在所有平台上都是安全的，另一方面，在可以直接对指针指向的内存区域执行操作的时候，该函数是经过优化的

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自己原以为当给显卡上的存储空间分配了总线地址A以后,它所对应的虚拟空间就随之确定了.也就是A+3G.可是事实上,在ioremap.c文件里面的实现并不是这样的.所用的函数是 __ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size, unsigned
long flags)实现的时候是为从phys_addr开始的size大小的物理地址分配一块虚拟地址.注意这里是分配,而不是指定.我所认为的分配应该是指定即根据phys_addr得到其所对应的虚拟地址是phys_addr+3G.
本人认为一合理的解释是这样的:系统虚拟空间中映射的非IO卡上的地址空间满足3G差关系,而IO卡上的
存储空间就不满足了.

在X86体系下的，CPU的物理地址和PCI总线地址共用一个空间。linux内核将3G-4G的虚拟地址固定映射到了物理地址的0－1G的地方。但是如果外围设备上的地址高于1G，例如某块PCI卡分配到了一个高于1G的地址，就需要调用ioremap来重新建立该物理地址（总线地址）和虚拟地址之间的映射。这个映射过程是这样的：在ioremap.c文件的__ioremap函数中首先对将来映射的物理地址进行检查，也就是不能重新映射640K-1M地址（由于历史的原因，物理地址640k到1M空间被保留给了显卡）,普通的ram地也不能重新被映射。之后调用get_vm_area获得可用的虚拟地址，然后根这虚拟地址和欲映射的物理地址修改页表，之后内核就可以用这个虚拟地址来访问映射的物理地址了。

几乎每一种外设都是通过读写设备上的寄存器来进行的，通常包括控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类，外设的寄存器通常被连续地编址。根据CPU体系结构的不同，CPU对IO端口的编址方式有两种：

典型地，如X86处理器为外设专门实现了一个单独的地址空间，称为"I/O地址空间"或者"I/O端口空间"，CPU通过专门的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。

RISC指令系统的CPU（如ARM、PowerPC等）通常只实现一个物理地址空间，外设I/O端口成为内存的一部分。此时，CPU可以象访问一个内存单元那样访问外设I/O端口，而不需要设立专门的外设I/O指令。

但是，这两者在硬件实现上的差异对于软件来说是完全透明的，驱动程序开发人员可以将内存映射方式的I/O端口和外设内存统一看作是"I/O内存"资源。

一般来说，在系统运行时，外设的I/O内存资源的物理地址是已知的，由硬件的设计决定。但是CPU通常并没有为这些已知的外设I/O内存资源的物理地址预定义虚拟地址范围，驱动程序并不能直接通过物理地址访问I/O内存资源，而必须将它们映射到核心虚地址空间内（通过页表），然后才能根据映射所得到的核心虚地址范围，通过访内指令访问这些I/O内存资源。Linux在io.h头文件中声明了函数ioremap（），用来将I/O内存资源的物理地址映射到核心虚地址空间（3GB－4GB）中，原型如下：

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

iounmap函数用于取消ioremap（）所做的映射，原型如下：

void iounmap(void * addr);

这两个函数都是实现在mm/ioremap.c文件中。

在将I/O内存资源的物理地址映射成核心虚地址后，理论上讲我们就可以象读写RAM那样直接读写I/O内存资源了。为了保证驱动程序的跨平台的可移植性，我们应该使用Linux中特定的函数来访问I/O内存资源，而不应该通过指向核心虚地址的指针来访问。如在x86平台上，读写I/O的函数如下所示：

#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))

最后，我们要特别强调驱动程序中mmap函数的实现方法。用mmap映射一个设备，意味着使用户空间的一段地址关联到设备内存上，这使得只要程序在分配的地址范围内进行读取或者写入，实际上就是对设备的访问。

笔者在Linux源代码中进行包含"ioremap"文本的搜索，发现真正出现的ioremap的地方相当少。所以笔者追根索源地寻找I/O操作的物理地址转换到虚拟地址的真实所在，发现Linux有替代ioremap的语句，但是这个转换过程却是不可或缺的。

譬如我们再次摘取S3C2410这个ARM芯片RTC（实时钟）驱动中的一小段：

static void get_rtc_time(int alm, struct rtc_time *rtc_tm)
{
spin_lock_irq(&rtc_lock);
if (alm == 1) {
rtc_tm->tm_year = (unsigned char)ALMYEAR & Msk_RTCYEAR;
rtc_tm->tm_mon = (unsigned char)ALMMON & Msk_RTCMON;
rtc_tm->tm_mday = (unsigned char)ALMDAY & Msk_RTCDAY;
rtc_tm->tm_hour = (unsigned char)ALMHOUR & Msk_RTCHOUR;
rtc_tm->tm_min = (unsigned char)ALMMIN & Msk_RTCMIN;
rtc_tm->tm_sec = (unsigned char)ALMSEC & Msk_RTCSEC;
}
else {
read_rtc_bcd_time:
rtc_tm->tm_year = (unsigned char)BCDYEAR & Msk_RTCYEAR;
rtc_tm->tm_mon = (unsigned char)BCDMON & Msk_RTCMON;
rtc_tm->tm_mday = (unsigned char)BCDDAY & Msk_RTCDAY;
rtc_tm->tm_hour = (unsigned char)BCDHOUR & Msk_RTCHOUR;
rtc_tm->tm_min = (unsigned char)BCDMIN & Msk_RTCMIN;
rtc_tm->tm_sec = (unsigned char)BCDSEC & Msk_RTCSEC;

if (rtc_tm->tm_sec == 0) {
/* Re-read all BCD registers in case of BCDSEC is 0.
See RTC section at the manual for more info. */
goto read_rtc_bcd_time;
}
}
spin_unlock_irq(&rtc_lock);

BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_year);
BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_mon);
BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_mday);
BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_hour);
BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_min);
BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_sec);

/* The epoch of tm_year is 1900 */
rtc_tm->tm_year += RTC_LEAP_YEAR - 1900;

/* tm_mon starts at 0, but rtc month starts at 1 */
rtc_tm->tm_mon--;
}

I/O操作似乎就是对ALMYEAR、ALMMON、ALMDAY定义的寄存器进行操作，那这些宏究竟定义为什么呢？

#define ALMDAY bRTC(0x60)
#define ALMMON bRTC(0x64)
#define ALMYEAR bRTC(0x68)

其中借助了宏bRTC，这个宏定义为：

#define bRTC(Nb) __REG(0x57000000 + (Nb))

其中又借助了宏__REG，而__REG又定义为：

# define __REG(x) io_p2v(x)

最后的io_p2v才是真正"玩"虚拟地址和物理地址转换的地方：

#define io_p2v(x) ((x) | 0xa0000000)

与__REG对应的有个__PREG：

# define __PREG(x) io_v2p(x)

与io_p2v对应的有个io_v2p：

#define io_v2p(x) ((x) & ~0xa0000000)

可见有没有出现ioremap是次要的，关键问题是有无虚拟地址和物理地址的转换！

下面的程序在启动的时候保留一段内存，然后使用ioremap将它映射到内核虚拟空间，同时又用remap_page_range映射到用户虚拟空间，这样一来，内核和用户都能访问。如果在内核虚拟地址将这段内存初始化串"abcd"，那么在用户虚拟地址能够读出来：

/************mmap_ioremap.c**************/
#include
#include
#include
#include
#include /* for mem_map_(un)reserve */
#include /* for virt_to_phys */
#include /* for kmalloc and kfree */

MODULE_PARM(mem_start, "i");
MODULE_PARM(mem_size, "i");

static int mem_start = 101, mem_size = 10;
static char *reserve_virt_addr;
static int major;

int mmapdrv_open(struct inode *inode, struct file *file);
int mmapdrv_release(struct inode *inode, struct file *file);
int mmapdrv_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma);

static struct file_operations mmapdrv_fops =
{
owner: THIS_MODULE, mmap: mmapdrv_mmap, open: mmapdrv_open, release:
mmapdrv_release,
};

int init_module(void)
{
if ((major = register_chrdev(0, "mmapdrv", &mmapdrv_fops)) < 0)
{
printk("mmapdrv: unable to register character device\n");
return ( - EIO);
}
printk("mmap device major = %d\n", major);

printk("high memory physical address 0x%ldM\n", virt_to_phys(high_memory) /
1024 / 1024);

reserve_virt_addr = ioremap(mem_start *1024 * 1024, mem_size *1024 * 1024);
printk("reserve_virt_addr = 0x%lx\n", (unsigned long)reserve_virt_addr);
if (reserve_virt_addr)
{
int i;
for (i = 0; i < mem_size *1024 * 1024; i += 4)
{
reserve_virt_addr[i] = 'a';
reserve_virt_addr[i + 1] = 'b';
reserve_virt_addr[i + 2] = 'c';
reserve_virt_addr[i + 3] = 'd';
}
}
else
{
unregister_chrdev(major, "mmapdrv");
return - ENODEV;
}
return 0;
}

/* remove the module */
void cleanup_module(void)
{
if (reserve_virt_addr)
iounmap(reserve_virt_addr);

unregister_chrdev(major, "mmapdrv");
return ;
}

int mmapdrv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
MOD_INC_USE_COUNT;
return (0);
}

int mmapdrv_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
MOD_DEC_USE_COUNT;
return (0);
}

int mmapdrv_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
{
unsigned long offset = vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
unsigned long size = vma->vm_end - vma->vm_start;

if (size > mem_size *1024 * 1024)
{
printk("size too big\n");
return ( - ENXIO);
}

offset = offset + mem_start * 1024 * 1024;

/* we do not want to have this area swapped out, lock it */
vma->vm_flags |= VM_LOCKED;
if (remap_page_range(vma, vma->vm_start, offset, size, PAGE_SHARED))
{
printk("remap page range failed\n");
return - ENXIO;
}
return (0);
}

remap_page_range函数的功能是构造用于映射一段物理地址的新页表，实现了内核空间与用户空间的映射，其原型如下：

int remap_page_range(vma_area_struct *vma, unsigned long from, unsigned long to, unsigned long size, pgprot_tprot);

使用mmap最典型的例子是显示卡的驱动，将显存空间直接从内核映射到用户空间将可提供显存的读写效率。

（在内核驱动程序的初始化阶段，通过ioremap（）将物理地址映射到内核虚拟空间；在驱动程序的mmap系统调用中，使用remap_page_range()将该块ROM映射到用户虚拟空间。这样内核空间和用户空间都能访问这段被映射后的虚拟地址。）

本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://www.cnblogs.com/dubingsky/archive/2010/06/03/1751067.html

ioremap 与__ioremap的区别

ioremap 与__ioremap的区别　