I_O空间通俗易懂

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1、I/O空间-----I/O端口和I/O内存 　　首先上图，如下：外设中的寄存器被称为I/O端口，外设中的内存被称为I/O内存。二者合起来统称为I/O空间。                                  设备驱动程序要直接访问外设或其接口卡上的物理电路，这部分通常都是以寄存器的形式出现。外设寄存器称为I/O端口，通常包括：控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类。根据访问外设寄存器的不同方式，可以把CPU分成两大类。　　一类CPU（如M68K，PowerPC，ARM，Unicore等）把这些寄存器看作内存的一部分，寄存器参与内存统一编址，访问寄存器就通过访问一般的内存指

2、令进行，所以，这种CPU没有专门用于设备I/O的指令（可以以此判定体系为哪种）。这就是所谓的“I/O内存”方式。　　另一类CPU（如X86）将外设的寄存器看成一个独立的地址空间，所以访问内存的指令不能用来访问这些寄存器，而要为对外设寄存器的读／写设置专用指令，如IN和OUT指令。这就是所谓的”I/O端口”方式。但是，用于I/O指令的“地址空间”相对来说是很小的。事实上，现在x86的I/O地址空间已经非常拥挤。　　但是，随着计算机技术的发展，单纯的”I/O端口"方式无法满足实际需要了，因为这种方式只能对外设中的几个寄存器进行操作。而实际上，需求在不断发生变化，例如，在PC上可以插上一块图形

3、卡，有2MB的存储空间(设备内存），甚至可能还带有ROM,其中装有可执行代码。自从PCI总线出现后，不管CPU的设计采用I/O端口方式还是I/O内存方式，都必须将外设卡上的存储器映射到内存空间，实际上是采用了虚存空间的手段，这样的映射是通过ioremap（）来建立的。　　1.CPU是i386架构的情况在i386系列的处理中，内存和外部IO是独立编址，也是独立寻址的。MEM的内存空间是32位可以寻址到4G，IO空间是16位可以寻址到64K。　　2.在Linux内核中，访问外设上的IOPort必须通过IOPort的寻址方式。而访问IOMem就比较罗嗦，外部MEM不能和主存一样访问，虽然大小上

4、不相上下，可是外部MEM是没有在系统中注册的。访问外部IOMEM必须通过remap映射到内核的MEM空间后才能访问。为了达到接口的同一性，内核提供了IOPort到IOMem的映射函数。映射后IOPort就可以看作是IOMem，按照IOMem的访问方式即可。　　3.CPU是ARM或PPC或Unicore架构的情况：　　在这一类的嵌入式处理器中，IOPort的寻址方式是采用内存映射，也就是IObus就是Membus。系统的寻址能力如果是32位，IOPort＋Mem（包括IOMem）可以达到4G。　　访问这类IOPort时，我们也可以用IOPort专用寻址方式。至于在对IOPort寻址时，内核

5、是具体如何完成的，这个在内核移植时就已经完成。在这种架构的处理器中，仍然保持对IOPort的支持，完全是i386架构遗留下来的问题，在此不多讨论。而访问IOMem的方式和i386一致。　　RISC指令系统的CPU（如ARM、PowerPC等）通常只实现一个物理地址空间，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。 I/O端口编址方式　　　　   　　先有个概念，I/O端口是CPU对外部设备的抽象。对一个CPU来说，所有它所管理(或访问)的资源无非包括：　　1.寄存器组。粗糙的划分通常包括通用寄存器组(x86中

6、就是你用的ex,bx等寄存器)，特殊寄存器组(如标志寄存器，timer,interrupt等，当然这些设备你可以看作外部设备)。　　2.存储器。粗糙的划分通常包括程序存储器，数据存储器。　　3.外部设备。比如打印机，PCI桥，USB等等。另外上面timer,interrupt等等有时也按外部设备处理。 把这些资源统统放在一个大的集合中，就构成了CPU所管理的资源集。CPU管理这些资源时需要为这个集合中每个元素分配一个标志来区分。这个标志就是地址。 编码地址由下面几个要素组成： 地址={资源类别，资源大小}； 　　对CPU指令来说，通常资源类别编码在指令码中(如i独立编址)，也有编码在地址

7、码中(如统一编址)，还有直接硬件区分(如哈佛结构的程序存储器与数据存储器分开)。比如x86的in，inp，outp指令，实际上指令码本身就编码有资源类别信息。资源大小编码在地址码中。  按照上面的模型，那么CPU所有资源都可以以地址：{资源类别，资源大小}来找到。　　这里I/O端口就对应实际的物理设备，而I/O空间地址就是该物理设备对应的标志码及设备地址。可以这样说，I/OSpace代表所有I/O设备集合，而I/O端口是该集合中的一