序言：

前面我們提到，設備驅動程序的主要功能操作設備，更準確的說就是如何操作設備寄存器或設備內存。不同的計算機體系結構提供了不同的設備操作接口，主要就是 IO端口映射（Ports）或IO內存映射（Memory-Map ）。例如X86平臺，它對設備的訪問就同時提供了IO端口映射方式或IO內存映射方式，這個在大學的匯編語言課程裏有詳細的介紹，當然還有一些平臺緊提供 IO內存映射。IO端口映射方式是CPU提供了獨立的地址空間給設備IO，並且使用特定的匯編指令操作IO端口。IO內存映射方式提供了統一的內存編址方 式來訪問設備IO，就像你訪問系統內存一樣。

通常對於一個給定的硬件平臺電路板，它的設備寄存器或內存的物理地址就是確定的了，或者是相對確定的了（它們具有自己的IO地址空間）。但對於向 Linux這樣的操作系統，驅動程序是不能直接訪問設備的物理地址的，它必須把設備的物理地址映射到Linux內核的虛擬地址空間，這樣驅動程序才能通過 虛擬地址操作設備。

IO區域：

Linux中使用IO區域（IO Region）來管理設備IO無論它是IO端口映射還是IO內存映射。IO區域是基於IO資源（Resource）來實現的，我們首先來看看IO資源在Linux裏的定義：

struct resource {

resource_size_t start;

resource_size_t end;

const char *name;

unsigned long flags;

struct resource *parent, *sibling, *child;

};

#define IORESOURCE_IO        0x00000100

#define IORESOURCE_MEM        0x00000200

#define IORESOURCE_IRQ        0x00000400

#define IORESOURCE_DMA        0x00000800

extern int request_resource(struct resource *root, struct resource *new);

extern int release_resource(struct resource *new);

很明顯，它是一個樹結構。Linux裏將IO資源分成不同的類型，如IO（Port）、MEM、IRQ、DMA，同時內核提供了IO Resource的操作函數，用於分配、請求、釋放IO資源。

如果管理的IO資源有多個，直接使用IO資源函數就顯得有些麻煩，還好Linux可以使用IO區域來管理這些資源，具體來說，就是Linux定義了一些宏管理IO資源，定義在頭文件中，如下：

#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 release_region(start,n)    __release_region(&ioport_resource, (start), (n))

#define check_mem_region(start,n)    __check_region(&iomem_resource, (start), (n))

#define release_mem_region(start,n)    __release_region(&iomem_resource, (start), (n))

在實際的編程中，我們基本上是使用這些宏來操作IO資源，即使你只有一個IO資源，這樣可以保證程序的可擴展性和跨平臺的兼容性。當然，你必須獲取到IO 資源後才可以在Linux內核中操作IO設備。因此，一般來說，你需要在驅動的初始化函數在調用IO區域請求函數來獲取IO區域。

最後要說明一點，就是這些宏操作的IO資源有兩類，分別是ioport_resource和iomem_resource，他們定義在中：

struct resource ioport_resource = {

.name    = "PCI IO",

.start    = 0,

.end    = IO_SPACE_LIMIT,

.flags    = IORESOURCE_IO,

};

struct resource iomem_resource = {

.name    = "PCI mem",

.start    = 0,

.end    = -1,

.flags    = IORESOURCE_MEM,

};

IO 端口映射：

在一些平臺，特別是X86平臺，外設通常具有一個獨立的地址空間，叫IO地址空間，對IO地址空間的訪問必須使用特定的IO指令（如x86的IN/OUT 指令）。還有一些平臺並沒有IO地址空間，所有的IO都是內存映射（memory-mapped）的，為了提供程序的跨平臺及兼容性，Linux為那些並 不支持IO地址空間的平臺提供了IO端口操作函數，他們實際上還是通過訪問IO內存映射地址來訪問的。因此，不管你的程序是使用IO端口映射還是IO內存 映射，它都可以很好的運行到各種平臺上。

回到我們的主題-IO端口映射。前面我們提到，在使用IO設備之前我們必須向Linux內核申請使用的資源，因此通常在我們的設備初始化函數或探測函數之中會有如下的代碼：

if (!request_region(io_addr, IO_NUM, DRV_NAME))

return -ENODEV;

如果成功申請了IO端口資源，那麽我們就可以調用IO端口訪問函數來訪問IO端口了，它們通常定義在頭文件中（每個平臺的定義都有所不同，但類似於下表）具體請參考頭文件：

inb(unsigned port)

outb(u8 v, unsigned port)

inw(unsigned port)

oubw(u16 v, unsigned port)

inl(unsigned port)

outl(u32 v, unsigned port)

IO內存映射（memory-mapped）

一些新的驅動程序都會使用IO內存映射方式來訪問IO設備，因為有些平臺僅僅支持IO內存映射，如ARM平臺。通常來說，使用IO內存就象使用系統RAM 內存一樣的簡單，確實有些平臺是支持這樣的訪問的，但還是有些平臺不能象訪問內存那樣直接使用IO內存地址來訪問外設IO（Register和RAM）， 因此內核提供了一組通用的API來支持程序的跨平臺及可移植性。

Linux內核提供了兩種操作IO內存的函數，一組類似於IO端口函數用於讀取1、2、4個字節數據，定義在頭文件中：

ioread8(p)

ioread16(p)

ioread32(p)

iowrite8(v,p)

iowrite16(v,p)

iowrite32(v,p)

這些是新的IO內存操作函數，我們推薦你使用這些函數。如果你瀏覽Linux內核，你會發現還有其他一些函數接口，它們是老的IO內存操作函 數，Linux內核會慢慢舍棄這些函數接口，因此盡量不要使用這些函數，但有必要在這裏把這些函數列出來，因為確實還是有一些新的驅動仍然使用它們（參 考）:

readb()

readw()

readl()

writeb()

writew()

writel()

如果你想象操作內存那樣成塊的操作IO內存，內核提供了另外的方法，它們類似於內存操作函數。推薦你使用這些函數操作IO內存而不是直接使用IO內存地址，這樣你的程序可以移植到不同的平臺上，它們定義在頭文件中。

extern void _memcpy_fromio(void *, const volatile void __iomem *, size_t);

extern void _memcpy_toio(volatile void __iomem *, const void *, size_t);

extern void _memset_io(volatile void __iomem *, int, size_t);

同樣在使用IO內存之前，你需要向Linux內核申請IO區域：

if (!request_mem_region(mapbase, size, DRVNAME)) {

ret = -EBUSY;

break;

}

申請完IO區域後，你還不能直接使用它們，你必須把這個地址映射到Linux內核的虛擬地址空間中來，這個操作是通過ioremap函數來實現的，請參考頭文件：

membase = ioremap(mapbase, size);

通過這兩步操作後，你就可以調用IO內存函數來訪問設備IO了。

IO端口重映射

這裏說的IO端口重映射不是ioremap的功能，ioremap是將IO內存映射到Linux內核的虛擬地址空間中。我們說的IO端口重映射是將IO端 口映射為IO內存，這樣就可以象操作IO內存一樣操作IO端口了。這樣做的好處是我們可以統一驅動程序的接口（都使用IO內存映射），避免為同一個設備提 供不同的驅動接口。這個函數同樣定義在頭文件中：

extern void __iomem *ioport_map(unsigned long port, unsigned int nr);

extern void ioport_unmap(void __iomem *addr);

有一點要註意，在調用完IO端口重映射後，還是需要調用ioremap函數把它映射到Linux內核的虛擬地址空間中來。

後記

設備IO的操作就是這些了，其實在我們的編程中只要調用幾個簡單的函數或宏就可以完成IO端口的操作了。這裏有個問題沒有說明，就是設備的訪問是需要同步 的或著需要延時等待一段時間才能進行下一步的操作。我們在《內核同步技術》一章有個簡單的介紹，後面我們將補充幾個例子來進一步說明如何進行IO操作。