内核request_mem_region 和 ioremap的理解

几乎每一种外设都是通过读写设备上的寄存器来进行的，通常包括控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类，外设的寄存器通常被连续地编址。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MIPS ARM PowerPC等）通常只实现一个物理地址空间，像这种情况,外设的I/O端口的物理地址就被映射到内存地址空间中，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。Linux在io.h头文件中声明了函数ioremap()，用来将I/O内存资源的物理地址映射到核心虚地址空间。

但要使用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，来自include/linux/ioport.h, 如下：

Cpp代码  

1.   /* Convenience shorthand with allocation */  
2. #define request_region(start,n,name)    __request_region(&ioport_resource, (start), (n), (name))  
3. #define request_mem_region(start,n,name) __request_region(&iomem_resource, (start), (n), (name))  
4. #define rename_region(region, newname) do { (region)->name = (newname); } while (0)  
5. extern struct resource * __request_region(struct resource *,  
6.                                          resource_size_t start,  
7.                                          resource_size_t n, const char *name);  

这里关键来解析一下request_mem_region函数。

Linux把基于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）。I/O Region仍然是一种I/O资源，因此它仍然可以用resource结构类型来描述。

Linux是以一种倒置的树形结构来管理每一类I/O资源（如：I/O端口、外设内存、DMA和IRQ）的。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一个resource结构，而树的根结点root则描述了该类资源的整个资源空间。

1.结构体

Cpp代码  

1. 1.1>struct resource iomem_resource = { "PCI mem", 0x00000000, 0xffffffff, IORESOURCE_MEM };  
2.    1.2>struct resource {  
3.                 const char *name;  
4.                 unsigned long start, end;  
5.                 unsigned long flags;  
6.                 struct resource *parent, *sibling, *child;  
7.              };  

2.调用函数
request_mem_region(S1D_PHYSICAL_REG_ADDR,S1D_PHYSICAL_REG_SIZE, "EpsonFB_RG")
#define request_mem_region(start,n,name) __request_region(&iomem_resource, (start), (n), (name))
__request_region检查是否可以安全占用起始物理地址S1D_PHYSICAL_REG_ADDR之后的连续S1D_PHYSICAL_REG_SIZE字节大小空间

Cpp代码  

1. struct resource * __request_region(struct resource *parent, unsigned long start, unsigned long n, const char *name)  
2. {  
3.     struct resource *res = kmalloc(sizeof(*res), GFP_KERNEL);  
4.   
5.     if (res) {  
6.         memset(res, 0, sizeof(*res));  
7.          res->name = name;  
8.          res->start = start;  
9.          res->end = start + n - 1;  
10.          res->flags = IORESOURCE_BUSY;  
11.   
12.          write_lock(&resource_lock);  
13.   
14.         for (;;) {  
15.             struct resource *conflict;  
16.   
17.              conflict = __request_resource(parent, res);      
18.              //sibling parent下的所有单元,检测申请部分是否存在交叠冲突  
19.             if (!conflict)                                   
20.              //conflict=0;申请成功,正常安置了[start,end]到相应位置  
21.                 break;  
22.             if (conflict != parent) {  
23.                  parent = conflict;  
24.                 if (!(conflict->flags & IORESOURCE_BUSY))  
25.                     continue;  
26.             }  
27.               kfree(res);                                     
28.              //检测到了资源交叠冲突,kfree归还kmalloc申请的内存  
29.              res = NULL;  
30.             break;  
31.         }  
32.          write_unlock(&resource_lock);  
33.     }  
34.     return res;  
35. }  
36.   
37. static struct resource * __request_resource(struct resource *root, struct resource *new)  
38. {  
39.     unsigned long start = new->start;  
40.     unsigned long end = new->end;  
41.     struct resource *tmp, **p;  
42.   
43.     if (end < start)  
44.         return root;  
45.     if (start < root->start)  
46.         return root;  
47.     if (end > root->end)  
48.         return root;  
49.      p = &root->child;                                        
50.     //root下的第一个链表元素*p.[child链表是以I/O资源物理地址从低到高的顺序排列的]  
51.     for (;;) {  
52.          tmp = *p;  
53.         if (!tmp || tmp->start > end) {  
54.             new->sibling = tmp;  
55.             *p = new;  
56. //可以从root->child=null开始我们的分析考虑,此时tmp=null,那么第一个申请将以!tmp条件满足而进入  
57. //这时root->child的值为new指针,new->sibling = tmp = null;当第二次申请发生时:如果tmp->start > end成立,  
58. //那么,root->child的值为new指针,new->sibling = tmp;这样就链接上了，空间分布图如:  
59. //child=[start,end]-->[tmp->start,tmp->end](1);  
60. //如果条件tmp->start > end不成立，那么只能是!tmp条件进入  
61. //那么,root->child的值不变,tmp->sibling = new;new->sibling = tmp = null这样就链接上了，空间分布图如:  
62. //child=[child->start,child->end]-->[start,end](2);  
63. //当第三次申请发生时:如果start在(2)中的[child->end,end]之间,那么tmp->end < start将成立,继而continue,  
64. //此时tmp = (2)中的[start,end],因为tmp->start < end,所以继续执行p = &tmp->slibing = null,  
65. //因为tmp->end > start,所以资源冲突,返回(2)中的[start,end]域  
66. //综上的两个边界值情况和一个中间值情况的分析,可以知道代码实现了一个从地地址到高地址的顺序链表  
67. //模型图:childe=[a,b]-->[c,d]-->[e,f],此时有一个[x,y]需要插入进去,tmp作为sibling指针游动  
68. //tmp指向child=[a,b],  
69. //tmp指向[a,b],当tmp->start>y时,插入后的链接图为:child=[x,y]-->[a,b]-->[c,d]-->[e,f]-->null;当tmp->end>=x时,冲突返回tmp  
70. //tmp指向[c,d],当tmp->start>y时,插入后的链接图为:child=[a,b]-->[x,y]-->[c,d]-->[e,f]-->null;当tmp->end>=x时,冲突返回tmp  
71. //tmp指向[e,f],当tmp->start>y时,插入后的链接图为:child=[a,b]-->[c,d]-->[x,y]-->[e,f]-->null;当tmp->end>=x时,冲突返回tmp  
72. //tmp指向null                  ,插入后的链接图为:child=[a,b]-->[c,d]-->[e,f]-->[x,y]-->null;  
73. //顺利的达到了检测冲突,顺序链接的目的  
74.             new->parent = root;      
75.             return NULL;  
76.         }  
77.          p = &tmp->sibling;  
78.         if (tmp->end < start)  
79.             continue;  
80.         return tmp;  
81.     }  
82. }  

其实说白了，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。

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

　　iounmap函数用于取消ioremap（）所做的映射，原型如下：

void iounmap(void * addr);

　　这两个函数都是实现在mm/ioremap.c文件中。

　　在将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。为了保证驱动程序的跨平台的可移植性，我们应该使用Linux中特定的函数来访问I/O内存资源，而不应该通过指向核心虚地址的指针来访问。如在x86平台上，读写I/O的函数如下所示：

Cpp代码  

1. #define readb(addr) (*(volatile unsigned char *) __io_virt(addr))  
2. #define readw(addr) (*(volatile unsigned short *) __io_virt(addr))  
3. #define readl(addr) (*(volatile unsigned int *) __io_virt(addr))  
4. #define writeb(b,addr) (*(volatile unsigned char *) __io_virt(addr) = (b))  
5. #define writew(b,addr) (*(volatile unsigned short *) __io_virt(addr) = (b))  
6. #define writel(b,addr) (*(volatile unsigned int *) __io_virt(addr) = (b))  
7. #define memset_io(a,b,c) memset(__io_virt(a),(b),(c))  
8. #define memcpy_fromio(a,b,c) memcpy((a),__io_virt(b),(c))  
9. #define memcpy_toio(a,b,c) memcpy(__io_virt(a),(b),(c))  

最后，特别强调驱动程序中mmap函数的实现方法。用mmap映射一个设备，意味着使用户空间的一段地址关联到设备内存上，这使得只要程序在分配的地址范围内进行读取或者写入，实际上就是对设备的访问。