在proc目录下有iomem和ioports文件,其主要描述了系统的io内存和io端口资源分布。
先来点基础知识点普及:对于外设的访问,最终都是通过读写设备上的寄存器实现的,寄存器不外乎:控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器,
这些外设寄存器也称为“IO端口”,并且一个外设的寄存器通常是连续编址的。
不同的CPU体系对外设IO端口物理地址的编址方式也不同,分为I/O映射方式(I/O-mapped)和内存映射方式(Memory-mapped)。
对X86熟悉点,以它为例:X86为外设专门实现有单独的地址空间,可以称为“I/O地址空间”或“I/O端口空间”,这个是独立与CPU和RAM物理地址空间,它将所有外设的IO端口均在这一空间进行编址。CPU通过设立专门的IN和OUT指令来访问这一空间中的地址单元(即I/O端口),这就是所谓的“I/O映射方式”(I/O-mapped)。和RAM物理地址空间相比,I/O地址空间通常都比较小,如x86 CPU的I/O空间就只有64KB(0-0xffff)。这是“I/O映射方式”的一个主要缺点,你可以通过cat /proc/ioports去查看,IO port空间的地址资源分配情况是以树状结构显示。这个源于x86平台的设计思想,目前基本不用了,获取这些资源的函数接口如request_region和ioremap。
Linux设计了一个通用的数据结构resource来描述各种I/O资源(如:I/O端口、外设内存、DMA和IRQ等)。该结构定义在include/linux/ioport.h头文件中。Linux是以一种倒置的树形结构来管理每一类I/O资源。每一类I/O资源都对应有一颗倒置的资源树,树中的每一个节点都是个resource结构。基于上述这个思想,Linux将基于I/O映射方式的I/O端口和基于内存映射方式的I/O端口资源统称为“I/O区域”(I/O Region)。
/proc/iomem这个文件记录的是物理地址的分配情况,也是以树状结构显示,对其使用也是request_mem_region和ioremap,空间大小为16EB,远大于io port的64K。
ioport和iomem地址空间分别编制,均是从地址0开始,如果硬件支持MMIO,port地址也可以映射到memory空间去。
这里以pci设备为例,硬件的拓扑结构就决定了硬件在内存映射到CPU的物理地址,由于内存访问都是虚拟地址,所有就需要ioremap,此时物理内存是存在的,所以不用再分配内存,只需要做映射即可
应用总结: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,对I/O端口的请求是让内核知道你要访问该端口,内核并让你独占该端口.
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。
在intel的X86平台,GPIO资源也是类似应用,如果IO配置为SCI或者SMI中断,SCI可以产生GPE,然后经历acpi子系统,不过GPE中断号默认是0x10+GPIO端口号。
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