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2015年(116)

2014年(569)

分类: LINUX

2015-01-06 13:55:44

原文地址:http://blog.csdn.net/codectq/article/details/25658813
物理地址即CPU地址总线传来的地址,虚拟地址通过ioremap映射获取(据ioremap函数入参的访问权限分用户空间和内核空间)。

最近在做视频输出相关的东西,对于预留给framebuffer的内存使用不是很清楚,现在找到一些资料整理一下,以备使用。if (想看使用方法)  goto   使用方法;

对于一个系统来讲,会有很多的外设,那么这些外设的管理都是通过CPU完成。那么CPU在这个过程中是如何找到外设的呢?

尽管在一个系统中会有诸多的外设,在每个外设的接口电路中会有多个端口。但是如果系统能够每个端口都被赋予一个具体的地址值,那么在系统中就能轻易的找到任何一个外设。系统在管理的时候,不管是内存还是外设都需要分配一个内存地址。对于一个32bit的系统来讲,可寻址的范围为2^32=4G的地址空间。

既然说到地址空间,就要明确地址空间的种类:物理地址、总线地址、虚拟地址。

(1)物理地址

CPU地址总线传来的地址,由硬件电路控制其具体含义。物理地址中很大一部分是留给内存条中内存的,但也常被映射到其他存储器上(如显存、bios等)。在程序指令中的虚拟地址经过段映射和页面映射后,就生成了物理地址,这个物理地址被放到CPU的地址线上。

(2)总线地址

总线的地址线或在地址周期上产生的信号。外设使用的是地址总线,cpu使用的是物理地址。

物理地址和总线地址之间的关系有系统设计决定的。在X86平台上,物理地址就是总线地址,这是因为它们共享相同的地址空间。在其他平台上,可能需要转换/映射。

(3)虚拟地址

现代操作系统普遍采用虚拟内存管理(virtual memory management)机制,这需要MMU的支持。MMU通常是CPU的一部分,如果处理器没有MMU,或者有MMU但没有启用,CPU执行单元发出的内存地址将直接传到芯片引脚上,被内存芯片(物理内存)接收,这成为物理地址,如果处理器启用了MMU,CPU执行单元发出的内存地址将被MMU截获,从CPU到MMU的地址称为虚拟地址,而MMU将这个地址翻译成另一个地址发到CPU芯片的外部地址引脚上,也就是讲虚拟地址映射成物理地址。

      linux中,进程的4GB内存分为用户空间和内核空间。用户空间分布为1~3GB剩下的1GB为内核空间。程序员只能使用虚拟地址。系统中每个进程有各自的私有用户控件(0~3GB),这个空间对系统中的其他进程是不可见的。

编址方式

  外设都是通过读写设备上的寄存器来进行工作的,外设寄存器也称为“IO端口”,而IO端口的编址方式有两种,独立编址和统一编址。

统一编址:外设接口中的IO寄存器(即IO端口)与主存单元一样看待,每个端口占用一个存储单元的地址,将主存的一部分划出来用作IO地址空间。 统一编址的原理是将IO的端口地址存储器寻址的地址空间范围之内,此方法也成为存储器映像编址。CPU访问一个端口的操作与访问内存的操作相同,也使用访问内存的指令。独立编址是为端口地址单独开辟一部分地址空间,其访问指令也需要使用单独的指令(不同于内存访问指令)。

   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。

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. 

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。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。

使用I/O内存首先要申请,然后才能映射,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, 申请I/O内存的函数是request_mem_region。request_mem_region函数并没有做实际性的映射工作,只是告诉内核要使用一块内存地址,声明占有,也方便内核管理这些资源。重要的还是ioremap函数,ioremap主要是检查传入地址的合法性,建立页表(包括访问权限),完成物理地址到虚拟地址的转换。

使用方法:

内核中的使用,往往是为某个设备预留一块内存,当使用的时候需要在board中定义这个设备的内存resource。通过 platform_get_resource获得设备的起始地址后,可以对其进行request_mem_region和ioremap等操作,以便应用程序对其进行操作。

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1.ioremap主要干了2件事情,检查传入地址的合法性,建立页表(包括访问权限),类似wince的地址绑定。

2.我们写驱动的时候访问一些外设,这些地址不是内存地址范围,所以不在内核初始化页表范围内,所以要自己建立页表

3.request_mem_region不过是告诉内核需要占用一块地址,只是声明占有。

4.貌似只有x86构架是mem核IO分开寻址的,ARM核PPC等都是内存映射式的,但是为了兼容,在移植的时候已经做了处理,所以IO端口方式也可以访问。

5.一般驱动访问寄存器的方法是定义全局的变量或结构体,ioremap后把地址赋给它,别的模块声明一下就可以了,这样整个驱动模块都能访问到了,当然只能在内核里直接使用指针,对用户空间操作还是需要间接访问的。

6.由驱动又联想到另外一个问题,中断函数能访问内核空间么?答案是肯定的,驱动模块里定义的全局变量等资源完全可以直接访问,因为它一直在内核空间里啊(.ko的模块就是放在内核里的,它也是从内核的一级中断处理函数跳转来的),不过就是有自己的堆栈寄存器什么的罢了,但是它确实不能访问用户空间,因为没有页表(尽管current宏确实是当前进程的)

7.ioremap后得到的地址理论上可以直接当指针使用的,不过推荐系统提供的函数

*((int *)(mem_addr+4))=23;
 iowrite32(20,mem_addr+4);     经过测试都可以。

8.补充一点,remap_pfn_range只能映射保留或者物理内存空间以外的物理地址,不能重新映射常规内存地址。这个意思是只能映射linux启动时传进来的保留的内存,其余的内存空间已经在启动的时候全都建立页表了,不能再映射了,或者外设的物理空间也是可以的。如果要重新映射已经建立页表的内存只能使用别的函数和方法了


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