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发表于 2009-12-7 08:30:38
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在用户空间访问 I/O 端口
以上函数主要提供给设备驱动使用,但它们也可在用户空间使用,至少在 PC上可以。 GNU C 库在 中定义了它们。如果在用户空间代码中使用必须满足以下条件:
(1)程序必须使用 -O 选项编译来强制扩展内联函数。
(2)必须用ioperm 和 iopl 系统调用(#include ) 来获得对端口 I/O 操作的权限。ioperm 为获取单独端口操作权限,而 iopl 为整个 I/O 空间的操作权限。 (x86 特有的)
(3)程序以 root 来调用 ioperm 和 iopl,或是其父进程必须以 root 获得端口操作权限。(x86 特有的)
若平台没有 ioperm 和 iopl 系统调用,用户空间可以仍然通过使用 /dev/prot 设备文件访问 I/O 端口。注意:这个文件的定义是体系相关的,并且I/O 端口必须先被注册。
串操作
除了一次传输一个数据的I/O操作,一些处理器实现了一次传输一个数据序列的特殊指令,序列中的数据单位可以是字节、字或双字,这是所谓的串操作指
令。它们完成任务比一个 C 语言循环更快。下列宏定义实现了串I/O,它们有的通过单个机器指令实现;但如果目标处理器没有进行串 I/O
的指令,则通过执行一个紧凑的循环实现。 有的体系的原型如下:
void insb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void insw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void insl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
使用时注意: 它们直接将字节流从端口中读取或写入。当端口和主机系统有不同的字节序时,会导致不可预期的结果。 使用 inw 读取端口应在必要时自行转换字节序,以匹配主机字节序。
暂停式 I/O
为了匹配低速外设的速度,有时若 I/O 指令后面还紧跟着另一个类似的I/O指令,就必须在 I/O 指令后面插入一个小延时。在
这种情况下,可以使用暂停式的I/O函数代替通常的I/O函数,它们的名字以 _p 结尾,如 inb_p、outb_p等等。
这些函数定义被大部分体系支持,尽管它们常常被扩展为与非暂停式I/O
同样的代码。因为如果体系使用一个合理的现代外设总线,就没有必要额外暂停。细节可参考平台的 asm 子目录的 io.h
文件。以下是include\asm-arm\io.h中的宏定义:
#define outb_p(val,port) outb((val),(port))
#define outw_p(val,port) outw((val),(port))
#define outl_p(val,port) outl((val),(port))
#define inb_p(port) inb((port))
#define inw_p(port) inw((port))
#define inl_p(port) inl((port))
#define outsb_p(port,from,len) outsb(port,from,len)
#define outsw_p(port,from,len) outsw(port,from,len)
#define outsl_p(port,from,len) outsl(port,from,len)
#define insb_p(port,to,len) insb(port,to,len)
#define insw_p(port,to,len) insw(port,to,len)
#define insl_p(port,to,len) insl(port,to,len)
由此可见,由于arm使用内部总线,就没有必要额外暂停,所以暂停式的I/O函数被扩展为与非暂停式I/O 同样的代码。
平台相关性
由于自身的特性,I/O 指令与处理器密切相关的,非常难以隐藏系统间的不同。所以大部分的关于端口 I/O 的源码是平台依赖的。以下是x86和arm所使用函数的总结:
IA-32 (x86)
x86_64
这个体系支持所有的以上描述的函数,端口号是 unsigned short 类型。
arm
端口映射到内存,支持所有函数。串操作 用C语言实现。端口是 unsigned int 类型。
使用 I/O 内存
除了 x86上普遍使用的I/O
端口外,和设备通讯另一种主要机制是通过使用映射到内存的寄存器或设备内存,统称为 I/O 内存。因为寄存器和内存之间的区别对软件是透明的。I/O
内存仅仅是类似 RAM 的一个区域,处理器通过总线访问这个区域,以实现设备的访问。
根据平台和总线的不同,I/O
内存可以就是否通过页表访问分类。若通过页表访问,内核必须首先安排物理地址使其对设备驱动程序可见,在进行任何 I/O 之前必须调用
ioremap。若不通过页表,I/O 内存区域就类似I/O 端口,可以使用适当形式的函数访问它们。因为“side effect”的影响,不管是否需要 ioremap ,都不鼓励直接使用 I/O 内存的指针。而使用专用的 I/O 内存操作函数,不仅在所有平台上是安全,而且对直接使用指针操作 I/O 内存的情况进行了优化。
I/O 内存分配和映射
I/O 内存区域使用前必须先分配,函数接口在 定义:
struct resource *request_mem_region(unsigned long start, unsigned long len, char *name);/* 从 start 开始,分配一个 len 字节的内存区域。成功返回一个非NULL指针,否则返回NULL。所有的 I/O 内存分配情况都 /proc/iomem 中列出。*/
/*I/O内存区域在不再需要时应当释放*/
void release_mem_region(unsigned long start, unsigned long len);
/*一个旧的检查 I/O 内存区可用性的函数,不推荐使用*/
int check_mem_region(unsigned long start, unsigned long len);
然后必须设置一个映射,由 ioremap 函数实现,此函数专门用来为I/O
内存区域分配虚拟地址。经过ioremap 之后,设备驱动即可访问任意的 I/O 内存地址。注意:ioremap
返回的地址不应当直接引用;应使用内核提供的 accessor 函数。以下为函数定义:
#include asm/io.h>
void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size);
void *ioremap_nocache(unsigned long phys_addr, unsigned long size);/*如果控制寄存器也在该区域,应使用的非缓存版本,以实现side effect。*/
void iounmap(void * addr);
访问I/O 内存
访问I/O 内存的正确方式是通过一系列专用于此目的的函数(在 中定义的):
/*I/O 内存读函数*/
unsigned int ioread8(void *addr);
unsigned int ioread16(void *addr);
unsigned int ioread32(void *addr);
/*addr 是从 ioremap 获得的地址(可能包含一个整型偏移量), 返回值是从给定 I/O 内存读取的值*/
/*对应的I/O 内存写函数*/
void iowrite8(u8 value, void *addr);
void iowrite16(u16 value, void *addr);
void iowrite32(u32 value, void *addr);
/*读和写一系列值到一个给定的 I/O 内存地址,从给定的 buf 读或写 count 个值到给定的 addr */
void ioread8_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void ioread16_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void ioread32_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void iowrite8_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
void iowrite16_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
void iowrite32_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
/*需要操作一块 I/O 地址,使用一下函数*/
void memset_io(void *addr, u8 value, unsigned int count);
void memcpy_fromio(void *dest, void *source, unsigned int count);
void memcpy_toio(void *dest, void *source, unsigned int count);
/*旧函数接口,仍可工作, 但不推荐。*/
unsigned readb(address);
unsigned readw(address);
unsigned readl(address);
void writeb(unsigned value, address);
void writew(unsigned value, address);
void writel(unsigned value, address); |
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