为梦而战
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分类： LINUX
2015-04-22 15:46:23
原文地址：Linux地址映射(3)--地址转换 作者：fireaxe
三、地址转换
上图揭示了进程空间、内核空间与物理地址之间的转换关系。
在linux中，物理地址用page结构 表示，物理内存在初始化时已经生成了page结构管理，其他地址空间则需要生成page再进行管理（ioremap）。物理地址可以被映射到内核空间或进程空间，也可以从内核空间或进程用户空间解除物理地址（page）。
所有转换中，只有mmap可以在进程中使用，其他都是内核函数。即使使用mmap，其内部也是靠内核中使用remap_pfn_range实现的。所有地址空间转换都在内核中实现。
1. 进程空间与内核空间
copy_from_user
copy_to_user
这两个函数不算是单纯的地址转换，他们完成的是进程空间与地址空间的数据拷贝，使用起来非常简单。
static ssize_t led_read(struct file *f, __user char *p, size_t size, loff_t *off)
{
if (copy_to_user(p, dev.mem, size))
{
printk(KERN_ALERT”led: led_read Err.\n”);
return -1;
}
printk(KERN_ALERT”led: led_read Ok: off = %d.\n”, off);
return 0;
}
static ssize_t led_write(struct file *f, __user char *p, size_t size, loff_t *off)
{
if (copy_from_user(dev.mem, p, size))
{
printk(KERN_ALERT”led: led_ write Err.\n”);
return -1;
}
printk(KERN_ALERT”led: led_ write Ok: off = %d.\n”, off);
return 0;
}
2. 进程空间与物理地址
get_user_pages
该函数完成进程地址到物理地址的转换，要注意的是进程地址不一定是也对其的，但得到的物理地址是以page的形式给出，4k对齐，使用时要记得添加偏移量。下面是例程，。其中的current很有用，用于表示调用内核函数的进程，是一个task_struct结构体，其中的mm为该进程的内存管理结构，mm中的vmalist管理者进程vma链表。
static ssize_t led_read(struct file *f, __user char *p, size_t size, loff_t *off)
{
struct page *pg=NULL;
char *addr;
int loop, ret;
down_read(¤t->mm->mmap_sem);
ret = get_user_pages(current, current->mm, p, 1, 0, 1, &pg, NULL);
up_read(¤t->mm->mmap_sem);
addr = (char*)kmap(pg);
if ((PAGE_SIZE-(unsigned long)p & 0xfff) < 8)
{
printk(KERN_ALERT”led: led_read size too small);
return 0;
}
memcpy(addr + ((unsigned long)p & 0xfff), dev.mem, 8);
kunmap(pg);
printk(KERN_ALERT”led: led_read Ok: off = %d.\n”, off);
return 0;
}
remap_pfn_range
mmap
该函数完成物理地址到进程空间的映射，每个进程的地址空间用vma表示，所以就是把物理地址映射入vma。这里映射的物理地址一般都不会是内存，只有在linux管理之外的Device空间需要用制定物理地址的方式来进行映射，而一般的内存只要用kmalloc或malloc直接申请就可以了。
mmap是用户空间需要直接映射物理地址时调用的系统调用，其内部一般都通过remap_pfn_range实现。
进程中调用：
caddr_t addr = mmap(NULL, PAGE_SIZE, PROT_WRITE, MAP_SHARED, f, paddr & PAGE_MASK);
内核中实现：
static int led_mmap(struct file *f, struct vm_area_struct *vma)
{
if (remap_pfn_range(vma, vma->start,
(EPLD_BASE_ADDR + vma->vm_pgoff) >> PAGE_SHIFT,
vma->vm_end – vma->vm_start, vma->vm_page_prot))
{
printk(KERN_ALERT”led: led_mmap error.\n”);
return –EAGAIN;
}
return 0;
}
用户调用mmap后，在进入led_mmap之前，就已经为在进程空间申请号了进程地址空间，会存到一个新的vma结构体中，如果mmap第一个入参为NULL，则这块地址空间的起始地址有linux 自动分配，长度为第二个参数。led_mmap的入参vma就是之前分配的vma。
vm_pgoff 是前面mmap传入的paddr。EPLD_BASE_ADDR是设备基址如果为0，则vm_pgoff就是实际的物理地址。
3. 内核空间与物理地址
kmap
kmap实现物理内存到内核地址空间的映射，物理内存地址可以是低端内存区，也可以是高端内存区，如果是低端，作用与page_address相同。
ioremap
ioremap实现物理地址到内核空间的映射，所谓的物理地址一般是指非物理内存的地址空间，也就是不在linux管理下的物理地址空间。它可以把这一段映射到内核空间中的非线性空间。
page_address
简单的地址转换，只适用于线性区，实现page到内核地址空间的转换。
phy_to_virt
virt_to_page
virt_to_phy
几个简单的地址转化逆函数，只是用于线性区。
