I/O端口和I/O内存

1. CPU对外设IO端口物理地址的编址方式

（1）I/O映射方式（I/O－mapped），即独立编址

（2）内存映射方式（Memory－mapped），即统一 编址

1.1 独立编址

        一些体系结构的CPU（典型地如X86）为外设专门实现了一个单独地地址空间，称为"I/O 地址空间"或者"I/O端口空间"。

        这是一个与CPU地RAM物理地址空间不同的地址空间，所有外设的I/O端口均在这一空间中进行编址。CPU通过设立专 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（也即I/O端口）。这就是所谓的"I/O映射方式"（I/O－mapped），也就是“独立编址”。

1.2 统一 编址

      有些体系结构的CPU（如，PowerPC、m68k等）通常只实现一个物理地址空间（RAM）。在这种情况下，外设I/O端口的物理地址就被映射到 CPU的单一物理地址空间中，而成为内存的一部分，也就是所谓的“统一编址”，这样，CPU就可以像访问一个内存单元那样访问外设I/O端口（理解为I/O寄存器），而不需要设立专门的外设I/O指令。

      这就是所 谓的"内存映射方式"（Memory－mapped）。

1.3 I/O区域

　Linux将基于I/O映射方式的或内存映射方式的I/O端口通称为"I/O区域"（I/O region）。

2. I/O外设的访问

2.1 I/O端口

        外设都是通过读写设备上的寄存器来进行的，外设寄存器也称为"I/O端口"，而IO端口有两种编址方式：独立编址和统一 编制。而具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。

2.2 独立编址和统一编址选择

        PowerPC、m68k等采用统一编址，而X86等则采用独立编址。但对于Linux内核而言，它可能用于不同的CPU，所以它必须都要考虑这两种 方式，于是它采用一种新的方法，将基于I/O映射方式的或内存映射方式的I/O端口通称为"I/O区 域"（I/O region）。不论你采用哪种方式，都要先申请IO区域：request_resource()，结束时释放 它：release_resource()。
        对于某一既定的系统，它要么是独立编址，要么是统一编制。

2.3 I/O外设访问的方式

       对外设的访问分为IO端口访问和IO内存访问。I/O内存包括I/O端口映射到内存的寄存器或设备内存，因为寄存器和内存的差别对软件来说是透明的。

2.3.1 I/O端口访问

      I/O端口的访问首先要使用request_region申请I/O资源，然后直接使用intb()/outb()之类的函数来读写IO端口。

2.3.2 I/O内存访问

        也即"I/O内存"方式，外设寄存器位于"内存空间"（很多外设有自己的内存、缓冲区，外设的寄存器和内存统称"I/O空间"）。（为了达到接口的同一性）先把IO端 口映射到IO内存（"系统内存空间或I/O内存空间"），再使用访问IO内存的函数来访问IO端口。
      访问IO内存有2种途径，I/O映射方式（I/O－mapped）、内存映射方式 （Memory－mapped）。访问IO内存的流程是：request_mem_region() ->ioremap() -> ioread8()/iowrite8() -> iounmap() -> release_mem_region()。
      还有一种为了最小化I/O端口和内存访问之间的表面区别而使用的汗水：ioport_map()。同使用该函数，能使I/O端口看起来就像I/O内存一样，可以使用I/O内存方式访问I/O端口的所有函数。当不再需要这种映射时，用函数ioport_unmap()来撤销映射。