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分类： LINUX
2012-08-19 19:18:37
原帖地址:http://blog.chinaunix.net/uid-21289517-id-1828602.html
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.
－－－－－－－－
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
－－－－－－－
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。
[经典]Linux内核中ioremap映射的透彻理解
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：
（1）I/O映射方式（I/O-mapped）
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。
（2）内存映射方式（Memory-mapped）
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
#include
#include
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
i386 系列处理器中 , 内存和外部 IO 是独立编址独立寻址的 , 于是有一个地址空间叫做内存空间 , 另有一个地址空间叫做 I/O 空间 . 也就是说 , 从处理器的角度来说 ,i386 提供了一些单独的指令用来访问 I/O 空间 . 换言之 , 访问 I/O 空间和访问普通的内存得使用不同的指令 . 而在一些玩嵌入式的处理器中 , 比如 PowerPC, 他们家就只使用一个空间 , 那就是内存空间 , 那像这种情况 , 外设的 I/O 端口的物理地址就被映射到内存地址空间中 , 这就是传说中的 Memory-mapped, 内存映射 . 而我们家那种情况 , 外设的 I/O 端口的物理地址就被映射到 I/O 地址空间中 , 这就是传说中的 I/O-mapped, 即 I/O 映射 .
要使用 I/O 内存首先要申请 ,
然后要映射 , 而要使用 I/O 端口首先要申请 , 或者叫请求 , 对于 I/O 端口的请求意思是让内核知道你要访问这个端口 ,
这样内核知道了以后它就不会再让别人也访问这个端口了 . 毕竟这个世界僧多粥少啊 . 申请 I/O 端口的函数是 request_region,
这个函数来自 include/linux/ioport.h,
/* Convenience shorthand with allocation */
#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 rename_region(region, newname) do { (region)->name = (newname); } while (0)
extern struct resource * __request_region(struct resource *,
resource_size_t start,
resource_size_t n, const char *name);
这里我们看到的那个
request_mem_region 是申请 I/O 内存用的 . 申请了之后 , 还需要使用 ioremap 或者
ioremap_nocache 函数来映射 .对于 request_region, 三个参数 start,n,name 表示你想使用从
start 开始的 size 为 n 的 I/O port 资源 ,name 自然就是你的名字了 .
这两个函数在内核的驱动中几乎都会出现，例如ohci-at91.c里面的probe函数：
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hcd->rsrc_start = pdev->resource[0].start;
hcd->rsrc_len = pdev->resource[0].end - pdev->resource[0].start + 1;
if (!request_mem_region(hcd->rsrc_start, hcd->rsrc_len, hcd_name)) {
pr_debug("request_mem_region failed\n");
retval = -EBUSY;
goto err1;
}
hcd->regs = ioremap(hcd->rsrc_start, hcd->rsrc_len);
if (!hcd->regs) {
pr_debug("ioremap failed\n");
retval = -EIO;
goto err2;
}
hcd->rsrc_start = pdev->resource[0].start;
hcd->rsrc_len = pdev->resource[0].end - pdev->resource[0].start + 1;
if (!request_mem_region(hcd->rsrc_start, hcd->rsrc_len, hcd_name)) {
pr_debug("request_mem_region failed\n");
retval = -EBUSY;
goto err1;
}
hcd->regs = ioremap(hcd->rsrc_start, hcd->rsrc_len);
if (!hcd->regs) {
pr_debug("ioremap failed\n");
retval = -EIO;
goto err2;
}
这样的好处是寄存器访问方式比较好看，只要加个偏移地址就可以了。
不过我有时候又不太喜欢用。因为这两句话说到底是为了访问寄存器用的。相当于获得寄存器虚拟地址。但是我们在初始化的时候虚拟地址就已经映射过了，所以我喜欢直接操作寄存器的虚拟地址。
本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/lanmanck/archive/2009/10/21/4707102.aspx
void * __ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size, unsigned long flags)
void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size)
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；
phys_addr：是要映射的物理地址，
size：是要映射的长度，
S3C2410的long是32位而非你说的64位。
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；
ioremap 依靠 __ioremap实现,它只是在__ioremap中以第三个参数为0调用来实现.
ioremap是内核提供的用来映射 外设寄存器到主存的函数，我们要映射的地址已经从pci_dev中读了出来（上一步），这样就水到渠成的成功映射了而不会和其他地址有冲突。映射完了有什 么效果呢，我举个例子，比如某个网卡有100 个寄存器，他们都是连在一块的，位置是固定的，加入每个寄存器占4个字节，那么一共400个字节的空间被映射到内存成功后，ioaddr就是这段地址的开 头（注意ioaddr是虚拟地址，而mmio_start是物理地址，它是BIOS得到的，肯定是物理地址，而保护模式下CPU不认物理地址，只认虚拟地 址），ioaddr+0就是第一个寄存器的地址，ioaddr+4就是第二个寄存器地址（每个寄存器占4个字节），以此类推，我们就能够在内存中访问到所 有的寄存器进而操控他们了。
