Android深度探索：HAL与驱动开发学习笔记--内存管理（学习重点）

来源：互联网发布：微信视频强制分享源码编辑：程序博客网时间：2024/05/16 09:27

Linux内存管理机制没有用过，以前在vxworks系统下做过内存管理的模块，这里就先介绍些重点学习内容，以后需要查找一些实例，结合来学习！

1、分页机制等等

这部分看得有点晕头转向，以后用到再谈理解；

2、内存分配函数

kmalloc、kfree

vmalloc、vfree

3、slab

4、内存池

5、I/O端口及I/O内存

1、访问I/O内存的流程是：

request_mem_region()-> ioremap() -> ioread8()/iowrite8() -> iounmap()->release_mem_region() 。

前面说过，IO内存是统一编址下的概念，对于统一编址，IO地址空间是物理主存的一部分，对于编程而言，我们只能操作虚拟内存，所以，访问的第一步就是要把设备所处的物理地址映射到虚拟地址，Linux2.6下用ioremap():

void *ioremap(unsigned long offset, unsigned long size);

然后，我们可以直接通过指针来访问这些地址，但是也可以用Linux内核的一组函数来读写：

ioread8(),iowrite16(), ioread8_rep(), iowrite8_rep()......

2、访问I/O端口

访问IO端口有2种途径：I/O映射方式（I/O－mapped）、内存映射方式（Memory－mapped）。前一种途径不映射到内存空间，直接使用 intb()/outb()之类的函数来读写IO端口；后一种MMIO是先把IO端口映射到IO内存（“内存空间”），再使用访问IO内存的函数来访问 IO端口。

void ioport_map(unsigned long port, unsigned int count);

通过这个函数，可以把port开始的count个连续的IO端口映射为一段“内存空间”，然后就可以在其返回的地址是像访问IO内存一样访问这些IO端口。

request_region()函数用于申请IO端口，

request_mem_region用于申请IO内存(一般为控制寄存器)。

这两个函数申请之后还要通过ioremap函数去映射到内核虚拟地址。

voidrequest_region(unsigned long from, unsigned long num, const char *name)

这个函数用来申请一块输入输出区域。

如果这段I/O端口没有被占用，在我们的驱动程序中就可以使用它。在使用之前，必须向系统登记，以防止被其他程序占用。登记后，在/proc/ioports文件中可以看到你登记的io口。

参数1：io端口的基地址。

参数2：io端口占用的范围。

参数3：使用这段io地址的设备名。

　　在对I/O口登记后，就可以放心地用inb()， outb()之类的函来访问了。********************************************************************************************

request_region()用于内核为驱动“分配”端口，这里分配的意思是，记录该端口已经被某个进程使用，要是其它进程试图访问它，就会产生“忙”错误。所以目的在于实现资源的互斥访问。

反之，如果一个资源只被一个进程访问，不会导致资源的争用，这时request_region()是可选的。

Linux下的IO端口和IO内存

CPU对外设端口物理地址的编址方式有两种：一种是IO映射方式，另一种是内存映射方式。

　Linux将基于IO映射方式的和内存映射方式的IO端口统称为IO区域（IO region）。

　　IO region仍然是一种IO资源，因此它仍然可以用resource结构类型来描述。

　　Linux管理IO region：

1) request_region()

把一个给定区间的IO端口分配给一个IO设备。

2) check_region()

检查一个给定区间的IO端口是否空闲，或者其中一些是否已经分配给某个IO设备。

3) release_region()

释放以前分配给一个IO设备的给定区间的IO端口。

　　Linux中可以通过以下辅助函数来访问IO端口：

　　inb(),inw(),inl(),outb(),outw(),outl()

　　“b”“w”“l”分别代表8位，16位，32位。

实例：

#include <asm/io.h>

#include <linux/delay.h>

#include <linux/errno.h>

#include <linux/ioport.h>

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/module.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/gameport.h>

#define L4_PORT 0x201

#define L4_SELECT_ANALOG 0xa4

#define L4_SELECT_DIGITAL 0xa5

#define L4_SELECT_SECONDARY 0xa6

#define L4_CMD_ID 0x80

#define L4_CMD_GETCAL 0x92

#define L4_CMD_SETCAL 0x93

#define L4_ID 0x04

#define L4_BUSY 0x01

#define L4_TIMEOUT 80 /* 80 us*/

MODULE_AUTHOR("Vojtech Pavlik<vojtech@ucw.cz>");

MODULE_DESCRIPTION("PDPI Lightning 4gamecard driver");

MODULE_LICENSE("GPL");

struct l4 {

structgameport *gameport;

unsignedchar port;

};

static struct l4 l4_ports[8];

*l4_wait_ready() waits for the L4 to become ready.

static int l4_wait_ready(void)

{

unsignedint t = L4_TIMEOUT;

while((inb(L4_PORT) & L4_BUSY) && t > 0) t--;

return-(t <= 0);

}

*l4_cooked_read() reads data from the Lightning 4.

static int l4_cooked_read(struct gameport*gameport, int *axes, int *buttons)

{

structl4 *l4 = gameport->port_data;

unsignedchar status;

inti, result = -1;

outb(L4_SELECT_ANALOG,L4_PORT);

outb(L4_SELECT_DIGITAL+ (l4->port >> 2), L4_PORT);

if(inb(L4_PORT) & L4_BUSY) goto fail;

outb(l4->port& 3, L4_PORT);

if(l4_wait_ready()) goto fail;

status= inb(L4_PORT);

for(i = 0; i < 4; i++)

if(status & (1 << i)) {

if(l4_wait_ready()) goto fail;

axes[i]= inb(L4_PORT);

if(axes[i] > 252) axes[i] = -1;

}

if(status & 0x10) {

if(l4_wait_ready()) goto fail;

*buttons= inb(L4_PORT) & 0x0f;

}

result= 0;

fail: outb(L4_SELECT_ANALOG,L4_PORT);

returnresult;

}

static int l4_open(struct gameport*gameport, int mode)

{

structl4 *l4 = gameport->port_data;

if (l4->port != 0 && mode != GAMEPORT_MODE_COOKED)

return-1;

outb(L4_SELECT_ANALOG,L4_PORT);

return0;

}

*l4_getcal() reads the L4 with calibration values.

static int l4_getcal(int port, int *cal)

{

inti, result = -1;

outb(L4_SELECT_ANALOG,L4_PORT);

outb(L4_SELECT_DIGITAL+ (port >> 2), L4_PORT);

if(inb(L4_PORT) & L4_BUSY)

gotoout;

outb(L4_CMD_GETCAL,L4_PORT);

if(l4_wait_ready())

gotoout;

if(inb(L4_PORT) != L4_SELECT_DIGITAL + (port >> 2))

gotoout;

if(l4_wait_ready())

gotoout;

outb(port & 3, L4_PORT);

for(i = 0; i < 4; i++) {

if(l4_wait_ready())

gotoout;

cal[i]= inb(L4_PORT);

}

result= 0;

out: outb(L4_SELECT_ANALOG,L4_PORT);

returnresult;

}

*l4_setcal() programs the L4 with calibration values.

static int l4_setcal(int port, int *cal)

{

inti, result = -1;

outb(L4_SELECT_ANALOG,L4_PORT);

outb(L4_SELECT_DIGITAL+ (port >> 2), L4_PORT);

if(inb(L4_PORT) & L4_BUSY)

gotoout;

outb(L4_CMD_SETCAL,L4_PORT);

if(l4_wait_ready())

gotoout;

if(inb(L4_PORT) != L4_SELECT_DIGITAL + (port >> 2))

gotoout;

if(l4_wait_ready())

gotoout;

outb(port & 3, L4_PORT);

for(i = 0; i < 4; i++) {

if(l4_wait_ready())

gotoout;

outb(cal[i],L4_PORT);

}

result= 0;

out: outb(L4_SELECT_ANALOG,L4_PORT);

returnresult;

}

*l4_calibrate() calibrates the L4 for the attached device, so

*that the device's resistance fits into the L4's 8-bit range.

static int l4_calibrate(struct gameport*gameport, int *axes, int *max)

{

inti, t;

intcal[4];

structl4 *l4 = gameport->port_data;

if(l4_getcal(l4->port, cal))

return-1;

for(i = 0; i < 4; i++) {

t= (max[i] * cal[i]) / 200;

t= (t < 1) ? 1 : ((t > 255) ? 255 : t);

axes[i]= (axes[i] < 0) ? -1 : (axes[i] * cal[i]) / t;

axes[i]= (axes[i] > 252) ? 252 : axes[i];

cal[i]= t;

}

if(l4_setcal(l4->port, cal))

return-1;

return0;

}

static int __init l4_create_ports(intcard_no)

{

structl4 *l4;

structgameport *port;

inti, idx;

for(i = 0; i < 4; i++) {

idx= card_no * 4 + i;

l4= &l4_ports[idx];

if(!(l4->gameport = port = gameport_allocate_port())) {

printk(KERN_ERR"lightning: Memory allocation failed\n");

while(--i >= 0) {

gameport_free_port(l4->gameport);

l4->gameport= NULL;

}

return-ENOMEM;

}

l4->port= idx;

port->port_data= l4;

port->open= l4_open;

port->cooked_read= l4_cooked_read;

port->calibrate= l4_calibrate;

gameport_set_name(port,"PDPI Lightning 4");

gameport_set_phys(port,"isa%04x/gameport%d", L4_PORT, idx);

if(idx == 0)

port->io= L4_PORT;

}

return0;

}

static int __init l4_add_card(int card_no)

{

intcal[4] = { 255, 255, 255, 255 };

inti, rev, result;

structl4 *l4;

outb(L4_SELECT_ANALOG,L4_PORT);

outb(L4_SELECT_DIGITAL+ card_no, L4_PORT);

if(inb(L4_PORT) & L4_BUSY)

return-1;

outb(L4_CMD_ID,L4_PORT);

if(l4_wait_ready())

return-1;

if(inb(L4_PORT) != L4_SELECT_DIGITAL + card_no)

return-1;

if(l4_wait_ready())

return-1;

if(inb(L4_PORT) != L4_ID)

return-1;

if(l4_wait_ready())

return-1;

rev= inb(L4_PORT);

if(!rev)

return-1;

result= l4_create_ports(card_no);

if(result)

returnresult;

printk(KERN_INFO"gameport: PDPI Lightning 4 %s card v%d.%d at %#x\n",

card_no? "secondary" : "primary", rev >> 4, rev, L4_PORT);

for(i = 0; i < 4; i++) {

l4= &l4_ports[card_no * 4 + i];

if(rev > 0x28) /* on 2.9+ thesetcal command works correctly */

l4_setcal(l4->port,cal);

gameport_register_port(l4->gameport);

}

return0;

}

static int __init l4_init(void)

{

inti, cards = 0;

if(!request_region(L4_PORT, 1, "lightning"))

return-EBUSY;

for(i = 0; i < 2; i++)

if(l4_add_card(i) == 0)

cards++;

outb(L4_SELECT_ANALOG,L4_PORT);

if(!cards) {

release_region(L4_PORT,1);

return-ENODEV;

}

return0;

}

static void __exit l4_exit(void)

{

inti;

intcal[4] = { 59, 59, 59, 59 };

for(i = 0; i < 8; i++)

if(l4_ports[i].gameport) {

l4_setcal(l4_ports[i].port,cal);

gameport_unregister_port(l4_ports[i].gameport);

}

outb(L4_SELECT_ANALOG,L4_PORT);

release_region(L4_PORT,1);

}

module_init(l4_init);

module_exit(l4_exit);

对IO内存资源的访问

1) request_mem_region()

请求分配指定的IO内存资源。

2) check_mem_region()

检查指定的IO内存资源是否已被占用。

3) release_mem_region()

释放指定的IO内存资源。

其中传给函数的start address参数是内存区的物理地址（以上函数参数表已省略）。

驱动开发人员可以将内存映射方式的IO端口和外设内存统一看作是IO内存资源。

ioremap()用来将IO资源的物理地址映射到内核虚地址空间（3GB - 4GB）中，参数addr是指向内核虚地址的指针。

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