Linux内核对I/O端口的管理实现(下) （2）

管理I/O端口资源

我们都知道，采用I/O映射方式的X86处理器为外设实现了一个单独的地址空间，也即“I/O空间”（I/O Space）或称为“I/O端口空间”，其大小是64KB（0x0000－0xffff）。Linux在其所支持的所有平台上都实现了“I/O端口空间”这一概念。

由于I/O空间非常小，因此即使外设总线有一个单独的I/O端口空间，却也不是所有的外设都将其I/O端口（指寄存器）映射到“I/O端口空间”中。比如，大多数PCI卡都通过内存映射方式来将其I/O端口或外设内存映射到CPU的RAM物理地址空间中。而老式的ISA卡通常将其I/O端口映射到I/O端口空间中。

Linux是基于“I/O Region”这一概念来实现对I/O端口资源（I/O－mapped 或 Memory－mapped）的管理的。

1 资源根节点的定义

Linux在kernel/Resource.c文件中定义了全局变量ioport_resource和iomem_resource，来分别描述基于I/O映射方式的整个I/O端口空间和基于内存映射方式的I/O内存资源空间（包括I/O端口和外设内存）。其定义如下：

struct resource ioport_resource = 
　　　　{ "PCI IO", 0x0000, IO_SPACE_LIMIT, IORESOURCE_IO };
struct resource iomem_resource = 
　　　　{ "PCI mem", 0x00000000, 0xffffffff, IORESOURCE_MEM };

其中，宏IO_SPACE_LIMIT表示整个I/O空间的大小，对于X86平台而言，它是0xffff（定义在include/asm-i386/io.h头文件中）。显然，I/O内存空间的大小是4GB。

2 对I/O端口空间的操作

基于I/O Region的操作函数__XXX_region()，Linux在头文件include/linux/ioport.h中定义了三个对I/O端口空间进行操作的宏：①request_region()宏，请求在I/O端口空间中分配指定范围的I/O端口资源。②check_region()宏，检查I/O端口空间中的指定I/O端口资源是否已被占用。③release_region()宏，释放I/O端口空间中的指定I/O端口资源。这三个宏的定义如下：

#define request_region(start,n,name)
	__request_region(&ioport_resource, (start), (n), (name))
#define check_region(start,n)
	__check_region(&ioport_resource, (start), (n))
#define release_region(start,n)
	__release_region(&ioport_resource, (start), (n))

其中，宏参数start指定I/O端口资源的起始物理地址（是I/O端口空间中的物理地址），宏参数n指定I/O端口资源的大小。

3 对I/O内存资源的操作

基于I/O Region的操作函数__XXX_region()，Linux在头文件include/linux/ioport.h中定义了三个对I/O内存资源进行操作的宏：①request_mem_region()宏，请求分配指定的I/O内存资源。②check_ mem_region()宏，检查指定的I/O内存资源是否已被占用。③release_ mem_region()宏，释放指定的I/O内存资源。这三个宏的定义如下：

#define request_mem_region(start,n,name) 
　　__request_region(&iomem_resource, (start), (n), (name))
#define check_mem_region(start,n)
	__check_region(&iomem_resource, (start), (n))
#define release_mem_region(start,n)
	__release_region(&iomem_resource, (start), (n))

其中，参数start是I/O内存资源的起始物理地址（是CPU的RAM物理地址空间中的物理地址），参数n指定I/O内存资源的大小。

4 对/proc/ioports和/proc/iomem的支持

Linux在ioport.h头文件中定义了两个宏：

get_ioport_list()和get_iomem_list()，分别用来实现/proc/ioports文件和/proc/iomem文件。其定义如下：

#define get_ioport_list(buf) get_resource_list
(&ioport_resource, buf, PAGE_SIZE)
#define get_mem_list(buf)	get_resource_list
(&iomem_resource, buf, PAGE_SIZE)

5 访问I/O端口空间

在驱动程序请求了I/O端口空间中的端口资源后，它就可以通过CPU的IO指定来读写这些I/O端口了。在读写I/O端口时要注意的一点就是，大多数平台都区分8位、16位和32位的端口，也即要注意I/O端口的宽度。

Linux在include/asm/io.h头文件（对于i386平台就是include/asm-i386/io.h）中定义了一系列读写不同宽度I/O端口的宏函数。如下所示：

⑴读写8位宽的I/O端口

　　unsigned char inb（unsigned port）；
　　void outb（unsigned char value，unsigned port）；

其中，port参数指定I/O端口空间中的端口地址。在大多数平台上（如x86）它都是unsigned short类型的，其它的一些平台上则是unsigned int类型的。显然，端口地址的类型是由I/O端口空间的大小来决定的。

⑵读写16位宽的I/O端口

　　unsigned short inw（unsigned port）；
　　void outw（unsigned short value，unsigned port）；

⑶读写32位宽的I/O端口

　　unsigned int inl（unsigned port）；
　　void outl（unsigned int value，unsigned port）；