linux源码解析05–ioremap原理

一、补充点背景知识：

  • 根据不同架构处理器，对内存的访问分为两种方式；
    a.x86 架构，将外设和普通内存分开，通过专门的 I / O 指令 (IN/OUT) 来访问外设的寄存器，称为“I/ O 地址空间”或“I/ O 端口空间”；
  • RISC 的 CPU，比如 ARM/PowerPC 等，采用统一编制，即将所有 I / O 外设的内存空间看作普通内存的一部分；
  • 一般外设 I / O 的物理地址是已知的，但是开启 MMU 后，只能通过虚拟地址访问，因此需要将外设地址映射到虚拟地址；

二、ioremap 映射函数

常用映射函数有

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#define ioremap(addr, size)        __ioremap((addr), (size), __pgprot(PROT_DEVICE_nGnRE))
#define ioremap_wc(addr, size)     __ioremap((addr), (size), __pgprot(PROT_NORMAL_NC))
#define ioremap_np(addr, size)     __ioremap((addr), (size), __pgprot(PROT_DEVICE_nGnRnE))

核心实现如下

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static void __iomem *__ioremap_caller(phys_addr_t phys_addr, size_t size,
                      pgprot_t prot, void *caller)
{
    unsigned long last_addr;
    unsigned long offset = phys_addr & ~PAGE_MASK;
    int err;
    unsigned long addr;
    struct vm_struct *area;

    /*
     * Page align the mapping address and size, taking account of any
     * offset.
     */
    phys_addr &= PAGE_MASK;
    size = PAGE_ALIGN(size + offset);  /// 物理地址页对齐

    /*
     * Don't allow wraparound, zero size or outside PHYS_MASK.
     */
    last_addr = phys_addr + size - 1;
    if (!size || last_addr < phys_addr || (last_addr & ~PHYS_MASK))
        return NULL;

    /*
     * Don't allow RAM to be mapped.
     */
    if (WARN_ON(pfn_valid(__phys_to_pfn(phys_addr))))
        return NULL;

    area = get_vm_area_caller(size, VM_IOREMAP, caller);  /// 获得一个 vma 区
    if (!area)
        return NULL;
    addr = (unsigned long)area->addr;
    area->phys_addr = phys_addr;
/// 物理地址映射到 vmalloc 区
    err = ioremap_page_range(addr, addr + size, phys_addr, prot);
    if (err) {vunmap((void *)addr);
        return NULL;
    }

    return (void __iomem *)(offset + addr);   /// 分配的地址是页对齐，加上偏移得到真实地址
}

三、ioremap_page_range 函数

这部分跟之前普通页面映射差不多，就略过了；

建立好映射之后，应用程序可以通过虚拟地址，访问寄存器地址；