IO管理一基础

从CPU连出来一把线：数据总线、地址总线、控制总线，这把线上挂着N个接口，有相同的，有不同的，名字叫做存储器接口、中断控制接口、DMA接口、并行接口、串行接口、AD接口……一个设备要想接入，就用自己的接口和总线上的某个匹配接口对接……于是总线上出现了各种设备：内存、硬盘，鼠标、键盘，显示器……

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。

统一编址：外设接口中的IO寄存器（即IO端口）与主存单元一样看待，每个端口占用一个存储单元的地址，将主存的一部分划出来用作IO地址空间。

统一编址也称为“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”）。

独立编址（单独编址）：IO地址与存储地址分开独立编址，I/O端口地址不占用存储空间的地址范围，这样，在系统中就存在了另一种与存储地址无关的IO地址，CPU也必须具有专用与输入输出操作的IO指令（IN、OUT等）和控制逻辑。

IO端口：当一个寄存器或者内存位于IO空间时；

IO内存：当一个内存或者寄存器位于内存空间时；

在linux使用platform_driver_register()注册 platform_driver 时， 需要在 platform_driver 的probe() 里面知道设备的中断号， 内存地址等资源。

这些资源的描述信息存放在 resource数据结构中， 相同的资源存放在一个树形树形数据结构中， 通过父节点， 兄弟节点， 子节点相连。 比如中断资源， IO端口资源， IO内存资源， DMA资源有不同资源树。

 

Linux使用 struct resource来描述一个resouce

struct resource{
    resource_size_t start;      ／／资源范围的开始
    resource_size_t end;        ／／资源范围的结束
    constchar *name;  //资源拥有者名
    unsignedlong flags; ／／资源属性标识
    struct resource *parent, *sibling, *child;  ／／资源树的父节点， 兄弟节点， 字节点指针
};

 

resource_size_t 由系统决定为uint32_t 或uint64_t 。

在platform机制里，使用platform_get_resource（）来获取指定的资源类型。

 

//比如获取想获取中断号，
irq = platform_get_irq(pdev, 0);
intplatform_get_irq(struct platform_device*dev, unsigned intnum)
{
    struct resource *r =platform_get_resource(dev,IORESOURCE_IRQ, num);

return r ? r->start: -ENXIO;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_get_irq);                
platform_get_irq（） //会返回一个start, 即可用的中断号。

//之后便可使用request_irq（）来注册中断服务函数。

 

//再比如想要获取IO内存资源：

struct resource *res_mem = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM,0);

即可得到一个IO内存资源节点指针， 包括了地址的开始，结束地址等, 该IO内存的长度可用resource_size（） 来获取， 但这段资源只是一个描述， 想真正使用这段IO内存， 还要经过先申请， 再映射的过程。

 

例如可使用devm_request_mem_region()申请出使用这段IO内存， 再使用ioremap（） 将其映射出来， 供用户空间使用。

devm_request_mem_region(&pdev->dev, res_mem->start, resource_size(res_mem), res_mem->name))

addr_start = ioremap(res_mem->start, resource_size(res_mem));

ioremap() 的返回值即为该资源的虚拟地址。

 

IO内存的资源是在设备树源(DeviceTree Source)文件（以.dts结尾）里给出的，.dts文件就是用来描述目标板硬件信息的，在uboot启动后， 使用uboot提供的特定API将其获取出来， 如fdt_getprop()， fdt_path_offset()，这些API包含在uboot 的头文件

  gpio:gpio-controller@1070000000800 {
            #gpio-cells=<2>;
            compatible ="cavium,octeon-3860-gpio";
            reg =<0x107000x000008000x00x100>;

gpio-controller;

 

根据其描述， 可知道gpio控制器的IO内存起始地址为：0x107900000800， 长度为0x100.

即从 0x107900000800 到0x1079000008ff.

在目标板里使用 cat /proc/iomem可以看到：

1070000000800-10700000008ff: /soc@0/gpio-controller@1070000000800

关于i2c 的描述：

 twsi0: i2c@1180000001000{
            #address-cells=<1>;
            #size-cells=<0>;
            compatible ="cavium,octeon-3860-twsi";
            reg =<0x118000x000010000x00x200>;

interrupts =<045>;
            clock-rate =<100000>;

 

IO内存起始地址为： 0x118000001000, 长度为0x200.

从 0x118000001000 到0x1180000011ff.

在目标板里使用 cat /proc/iomem可以看到：

1180000001000-11800000011ff: /soc@0/i2c@1180000001000