linux设备驱动编程之内存与io操作

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1、对于提供了MMU（存储管理器，辅助操作系统进行内存管理，提供虚实地址转换等硬件支持）的处理器而言，Linux提供了复杂的存储管理系统，使得进程所能访问的内存达到4GB。　　进程的4GB内存空间被人为的分为两个部分--用户空间与内核空间。用户空间地址分布从0到3GB(PAGE_OFFSET，在0x86中它等于0xC0000000)，3GB到4GB为内核空间，如下图：　　内核空间中，从3G到vmalloc_start这段地址是物理内存映射区域（该区域中包含了内核镜像、物理页框表mem_map等等），比如我们使用的VMwar

2、e虚拟系统内存是160M，那么3G～3G+160M这片内存就应该映射物理内存。在物理内存映射区之后，就是vmalloc区域。对于160M的系统而言，vmalloc_start位置应在3G+160M附近（在物理内存映射区与vmalloc_start期间还存在一个8M的gap来防止跃界），vmalloc_end的位置接近4G(最后位置系统会保留一片128k大小的区域用于专用页面映射)，如下图：　　kmalloc和get_free_page申请的内存位于物理内存映射区域，而且在物理上也是连续的，它们与真实的物理地址只有一个固

3、定的偏移，因此存在较简单的转换关系，virt_to_phys()可以实现内核虚拟地址转化为物理地址：#define__pa(x)((unsignedlong)(x)-PAGE_OFFSET)externinlineunsignedlongvirt_to_phys(volatilevoid*address){　return__pa(address);}　　上面转换过程是将虚拟地址减去3G（PAGE_OFFSET=0XC000000）。　　与之对应的函数为phys_to_virt()，将内核物理地址转化为虚拟地址：#def

4、ine__va(x)((void*)((unsignedlong)(x)+PAGE_OFFSET))externinlinevoid*phys_to_virt(unsignedlongaddress){　return__va(address);}　　virt_to_phys()和phys_to_virt()都定义在includeasm-i386io.h中。　　而vmalloc申请的内存则位于vmalloc_start～vmalloc_end之间，与物理地址没有简单的转换关系，虽然在逻辑上它们也是连续的，但是在物理上

5、它们不要求连续。　　我们用下面的程序来演示kmalloc、get_free_page和vmalloc的区别：#include#include#includeMODULE_LICENSE("GPL");unsignedchar*pagemem;unsignedchar*kmallocmem;unsignedchar*vmallocmem;int__initmem_module_init(void){　//最好每次内存申请都检查申

6、请是否成功　//下面这段仅仅作为演示的代码没有检查　pagemem=(unsignedchar*)get_free_page(0);　printk("<1>pagememaddr=%x",pagemem);　kmallocmem=(unsignedchar*)kmalloc(100,0);　printk("<1>kmallocmemaddr=%x",kmallocmem);　vmallocmem=(unsignedchar*)vmalloc(1000000);　printk("<1>vmallocmemaddr=%x"

7、,vmallocmem);　return0;}void__exitmem_module_exit(void){　free_page(pagemem);　kfree(kmallocmem);　vfree(vmallocmem);}module_init(mem_module_init);module_exit(mem_module_exit);　　我们的系统上有160MB的内存空间，运行一次上述程序，发现pagemem的地址在0xc7997000（约3G+121M）、kmallocmem地址在0xc9bc1380（约3G

8、+155M）、vmallocmem的地址在0xcabeb000（约3G+171M）处，符合前文所述的内存布局。　　接下来，我们讨论Linux设备驱动究竟怎样访问外设的I/O端口（寄存器）。　　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