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Linux内核对I/O端口的管理实现(下)
来源:www.unix5.com 作者:riechelr_hl 发布时间:2007-05-29  

把io.h中的宏定义__OUT(b,”b”char)展开后可得如下定义:

 

extern inline void outb(unsigned char value, unsigned short port) {
	__asm__ __volatile__ ("outb %" "b " "0,%" "w" "1"
				: : "a" (value), "Nd" (port));
}

extern inline void outb_p(unsigned char value, unsigned short port) {
	__asm__ __volatile__ ("outb %" "b " "0,%" "w" "1"
				__FULL_SLOW_DOWN_IO
				: : "a" (value), "Nd" (port));
}

可以看出,outb_p()函数的实现中被插入了宏__FULL_SLOWN_DOWN_IO,以实现微小的延时。宏__FULL_SLOWN_DOWN_IO在头文件io.h中一开始就被定义:

 

#ifdef SLOW_IO_BY_JUMPING
#define __SLOW_DOWN_IO "
jmp 1f
1:	jmp 1f
1:"
#else
#define __SLOW_DOWN_IO "
outb %%al,$0x80"
#endif

#ifdef REALLY_SLOW_IO
#define __FULL_SLOW_DOWN_IO __SLOW_DOWN_IO 
  __SLOW_DOWN_IO __SLOW_DOWN_IO __SLOW_DOWN_IO
#else
#define __FULL_SLOW_DOWN_IO __SLOW_DOWN_IO
#endif

显然,__FULL_SLOW_DOWN_IO就是一个或四个__SLOW_DOWN_IO(根据是否定义了宏REALLY_SLOW_IO来决定),而宏__SLOW_DOWN_IO则被定义成毫无意义的跳转语句或写端口0x80的操作(根据是否定义了宏SLOW_IO_BY_JUMPING来决定)。

访问I/O内存资源

尽管I/O端口空间曾一度在x86平台上被广泛使用,但是由于它非常小,因此大多数现代总线的设备都以内存映射方式(Memory-mapped)来映射它的I/O端口(指I/O寄存器)和外设内存。基于内存映射方式的I/O端口(指I/O寄存器)和外设内存可以通称为“I/O内存”资源(I/O Memory)。因为这两者在硬件实现上的差异对于软件来说是完全透明的,所以驱动程序开发人员可以把内存映射方式的I/O端口和外设内存统一看作是“I/O内存”资源。

从前几节的阐述我们知道,I/O内存资源是在CPU的单一内存物理地址空间内进行编址的,也即它和系统RAM同处在一个物理地址空间内。因此通过CPU的访内指令就可以访问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,这可以通过系统固件(如BIOS)在启动时分配得到,或者通过设备的硬连线(hardwired)得到。比如,PCI卡的I/O内存资源的物理地址就是在系统启动时由PCI BIOS分配并写到PCI卡的配置空间中的BAR中的。而ISA卡的I/O内存资源的物理地址则是通过设备硬连线映射到640KB-1MB范围之内的。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,因为它们是在系统启动后才已知的(某种意义上讲是动态的),所以驱动程序并不能直接通过物理地址访问I/O内存资源,而必须把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。

1 映射I/O内存资源

Linux在io.h头文件中声明了函数ioremap(),用来把I/O内存资源的物理地址映射到核心虚地址空间(3GB-4GB)中,如下:

 

void * ioremap(unsigned long phys_addr,
 unsigned long size, unsigned long flags);
void iounmap(void * addr);

函数用于取消ioremap()所做的映射,参数addr是指向核心虚地址的指针。这两个函数都是实现在mm/ioremap.c文件中。具体实现可参考《情景分析》一书。

2 读写I/O内存资源

在把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。但是,由于在某些平台上,对I/O内存和系统内存有不同的访问处理,因此为了确保跨平台的兼容性,Linux实现了一系列读写I/O内存资源的函数,这些函数在不同的平台上有不同的实现。但在x86平台上,读写I/O内存与读写RAM无任何差别。如下所示(include/asm-i386/io.h):

 


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