关于外部i/o的访问和编址

i/o方式：
每块接口卡（外设）都通过某种途径告诉系统：卡上有几个存储区间及I/O地址空间，每个区间多大，以及搁在在卡上的局部地址，都从0算起。因为区间 不与总线直接相连，在加电之处，总线上还访问不到这些区间，所以不会冲突。
系统知道了有多少外部设备，各自的存储区间以后，可以为这些区间分配“物理地址”。此“物理地址”实际上是一种逻辑地址，称为“总线地址”，因为这是cpu在总线上看到的地址。
所谓为外设分配地址就是分配其总线地址，并为之建立映射。
这就引出了PCI总线。
每个PCI设备或者接口卡上都有许多用于地址配置的寄存器，初始化时，通过这些寄存器来配置该设备的总线地址。完成配置之后，CPU就可以访问该设备的各项资源，就好像访问内存一样的了。
怎样完成配置呢？
PCI标准规定每个设备配置寄存器组最多可以有256字节连续空间，开头64空间的用途和格式是标准的，称为配置寄存器组的头部。头部分两种：0为一般的pci设备，1型表示PCI桥。起开头16个字节用途和格式固定：包括设备的种类，设备的性质，制造商。
在linux下通过cat/proc/pci可以查看所有pci设备的信息，这些来自寄存器。
为了节省空间，让所有设备的配置寄存器组都是用相同的地址，由所在总线的pci桥在访问时加上其他条件来区分具体读写。在i386结构中总线设计者保留了8个字节用于此目的.0xcf8-0xcff这8个字节构成2个32位寄存器。一个是地址寄存器，一个是数据寄存器。
当访问某个设备的某个配置寄存器时，cpu先往地址寄存器中写入目标地址，然后通过数据寄存器写入数据。写入的目标地址包括总线号，设备号，功能号，配置寄存器地址的综合地址。
主总线号固定为0，其余的由cpu枚举时分配。设备号为pci接口卡（插槽位置)。
.......
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。

二、内存映射方式（Memory-mapped）
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。

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。）