linux设备驱动归纳总结（五）：2.操作硬件——IO内存

矫情吗；* 2022-04-23 10:56 204阅读 0赞

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在之前章节的驱动，都没有对硬件进行操作，接写来将从我之前学的裸板驱动开始，讲解在linux系统下如何访问硬件。

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一、IO端口与IO内存

介绍之前可以看看以下的博客：[http://blogold.chinaunix.net/u2/66435/showart\_2137870.html][http_blogold.chinaunix.net_u2_66435_showart_2137870.html]

x86体系和ARM体系的寻址方式是有差别的：

在x86下，为了能够满足CPU高速地运行，内存与CPU之间通过北桥相连并通过地址方式访问，而外设通过南桥与CPU相连并通过端口访问。

在ARM下也实现了类似的操作，通过两条不同的总线（AHB BUS和APB BUS）来连接不同访问速度的外设。但是它与x86不同，无论是内存还是外设，ARM都是通过地址访问。

因为这两种访问方式的不同，linux分出了两种不同的访问操作：

以地址方式访问硬件——使用IO内存操作。

以端口方式访问硬件——使用IO端口操作。

在ARM下，访问寄存器就像访问内存一样——从指定的寄存器地址获取数据，修改。所以，ARM下一般是使用IO内存的操作。但这并不是说IO端口的操作在ARM下不能用，它们的代码差不多，只是没有使用的必要，下面也将介绍IO内存操作。

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二、如何使用IO内存获得硬件的地址

之前已经说过，不能在linux使用实际的物理地址，要对指定的物理地址进行操作，必须要先将物理地址与虚拟地址对应，通过虚拟地址访问。于是有了以下的物理地址映射函数：

\#include <asm/io.h>

void \*ioremap(unsigned long phys\_addr, unsigned long size);

其实这也是上一节介绍的内存分配的一种方式，它同样会建立新页表来管理虚拟地址。函数传入两个参数，需要访问的物理内存（寄存器）的首地址phys\_addr和这段内存区域的大小size，返回与该段物理地址对应的虚拟地址。这段地址可以多次被映射，当然，每次映射的虚拟地址也不一样。

对应的也有撤销映射关系的函数：

void ioumap(void \*addr);

接下来，我将会从一个裸板的ARMled驱动开始，讲解linux下的操作和裸板有什么不一样。

我的ARM裸板程序是在linux下编写的，我不知道这跟win下使用ADS有什么区别，在裸板驱动中，一般我是通过这样的办法来操作寄存器的：

首先，先给个地址定义个容易记的名字：

\#define GPECON \*(volatile unsigned long \*) 0x56000040

接着，我就要操作这个GPECON寄存器了：

\*GPECON &= ~(3 << 24); //将24和25位清零

\*GPECON |= (1 << 24); //将24和25位分别赋值为1、0

可以看到，操作寄存器其实就是拿个地址出来进行操作。其实在linux下也是一样，只是操作的时候不能使用物理地址，需要用映射出来的虚拟地址。

上个函数，这个程序我将要点亮连在我开发板上的led灯，这个灯接在我开发板的GPE12上，如果需要下载程序运行，需要改一下接口。

/\*5th\_mm\_2/1st/test.c\*/

1 \#include <linux/module.h>

2 \#include <linux/init.h>

3

4 \#include <asm/io.h> //上面介绍的函数需要包含该头文件

5

6 volatile unsigned long virt, phys; //用于存放虚拟地址和物理地址

7 volatile unsigned long \*GPECON, \*GPEDAT, \*GPEUP; //用与存放三个寄存器的地址

8

9 void led\_device\_init(void)

10 \{

11 phys = 0x56000000; //1、指定物理地址

12 virt = (unsigned long)ioremap(phys, 0x0c); //2、通过ioremap获得对应的虚拟地址

13 //0x0c表示只要12字节的大小

14 GPECON = (unsigned long \*)(virt + 0x40); //3、指定需要操作的三个寄存器的地址

15 GPEDAT = (unsigned long \*)(virt + 0x44);

16 GPEUP = (unsigned long \*)(virt + 0x48);

17 \}

18

19 void led\_configure(void) //led配置函数

20 \{

21 \*GPECON &= ~(3 << 24); //配置GPE12为输出端口

22 \*GPECON |= (1 << 24); //先清零再赋值

23

24 \*GPEUP |= (1 << 12); //禁止上拉电阻

25 \}

26

27 void led\_on(void) //点亮led

28 \{

29 \*GPEDAT &= ~(1 << 12);

30 \}

31

32 void led\_off(void) //灭掉led

33 \{

34 \*GPEDAT |= (1 << 12);

35 \}

36

37 static int \_\_init test\_init(void) //模块初始化函数

38 \{

39 led\_device\_init();

40 led\_configure();

41 led\_on();

42 printk("hello led!\\n");

43 return 0;

44 \}

45

46 static void \_\_exit test\_exit(void) //模块卸载函数

47 \{

48 led\_off();

49 iounmap((void \*)virt); //注意，即使取消了映射，通过之前的虚拟地址还能访问硬件，

50 printk("bye\\n"); //但不是肯定可以，只要该虚拟地址被内核改动后就不行了。

51 \}

52

53 module\_init(test\_init);

54 module\_exit(test\_exit);

55

56 MODULE\_LICENSE("GPL");

57 MODULE\_AUTHOR("xoao bai");

58 MODULE\_VERSION("v0.1");

从上面的程序可以看到，除了获得地址有点和裸板驱动不一样外，寄存器的操作还是一样的。

接下来验证一下：

\[root: 1st\]\# insmod test.ko

hello led! //这时候灯亮了

\[root: 1st\]\# rmmod test

bye //灯灭了

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三、改进函数，使用更好的内存访问接口

为了实现更好的移植性，上面的程序就有缺陷了。内核建议，尽量使用内核提供的内存访问接口：

\#include <asm/io.h>

//从内存读取数据,返回值是指定内存地址中的值

unsigned int ioread8(void \*addr)

unsigned int ioread16(void \*addr)

unsigned int ioread32(void \*addr)

//往指定内存地址写入数据

void iowrite8(u8 value, void \*addr)

void iowrite16(u16 value, void \*addr)

void iowrite32(u32 value, void \*addr)

一般常用的是32位内存存取接口。

接下来就改进一下函数，其实实质没有改变，上面的函数是根据对应的平台体系结构编写的，这样可以提高驱动的移植性。

/\*5th\_mm\_2/1st/test.c\*/

1 \#include <linux/module.h>

2 \#include <linux/init.h>

3

4 \#include <asm/io.h>

5 \#include <asm/sizes.h>

6

7 volatile unsigned long virt, phys;

8 volatile unsigned long \*GPECON, \*GPEDAT, \*GPEUP;

9 unsigned long reg;

10

11 void led\_device\_init(void)

12 \{

13 phys = 0x56000000;

14 virt = (unsigned long)ioremap(phys, SZ\_16); //这里只是想介绍一下，在asm/sizes.h中有一下

15 //定义好用来表示内存大小的宏，这里其实我只

16 GPECON = (unsigned long \*)(virt + 0x40); //需要12个字节，并不需要16个字节。

17 GPEDAT = (unsigned long \*)(virt + 0x44);

18 GPEUP = (unsigned long \*)(virt + 0x48);

19 \}

20

21 void led\_configure(void)

22 \{

23 //\*GPECON &= ~(3 << 24);

24 //\*GPECON |= (1 << 24);

25 reg = ioread32(GPECON);

26 reg &= ~(3 << 24);

27 reg |= (1 << 24);

28 iowrite32(reg, GPECON);

29

30 //\*GPEUP |= (1 << 12);

31 reg = ioread32(GPEUP);

32 reg &= ~(3 << 12);

33 iowrite32(reg, GPEUP);

34 \}

35

36 void led\_on(void)

37 \{

38 //\*GPEDAT &= ~(1 << 12);

39 reg = ioread32(GPEDAT);

40 reg &= ~(1 << 12);

41 iowrite32(reg, GPEDAT);

42 \}

43

44 void led\_off(void)

45 \{

46 //\*GPEDAT |= (1 << 12);

47 reg = ioread32(GPEDAT);

48 reg |= (1 << 12);

49 iowrite32(reg, GPEDAT);

50 \}

51

52 static int \_\_init test\_init(void) //模块初始化函数

53 \{

54 led\_device\_init();

55 led\_configure();

56 led\_on();

57 printk("hello led!\\n");

58 return 0;

59 \}

60

61 static void \_\_exit test\_exit(void) //模块卸载函数

62 \{

63 led\_off();

64 iounmap((void \*)virt);

65 printk("bye\\n");

66 \}

67

68 module\_init(test\_init);

69 module\_exit(test\_exit);

70

71 MODULE\_LICENSE("GPL");

72 MODULE\_AUTHOR("xoao bai");

73 MODULE\_VERSION("v0.1");

会发现发现，程序将原来直接访问内存的一句话变成了3句话，其他都没有改变。

我就不验证了，效果其实是一样的。

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四、再改进一下程序：

在使用IO内存映射操作之前，其实还可以添加一个步骤：分配内存区域。

\#include <ioport.h>

struct resource \*request\_mem\_region(unsigned long start, unsinged long len, char \*name)

该函数从start开始分配len字节长的内存空间。如果成功，返回一个结构体指针，但这结构体我们没必要用，如果失败返回NULL。成功后，可以在.proc/iomem查看到name的信息。

其实调用request\_mem\_region()不是必须的，但是建议使用。该函数的任务是检查申请的资源是否可用，如果可用则申请成功，并标志为已经使用，其他驱动想再申请该资源时就会失败。

如果不再使用，需要调用释放函数：

void release\_mem\_region(unsigned long start, unsigned long len)

现在把这两个函数加上去：

/\*5th\_mm\_2/3rd/test.c\*/

1 \#include <linux/module.h>

2 \#include <linux/init.h>

3

4 \#include <asm/io.h>

5 \#include <linux/ioport.h>

6

7 volatile unsigned long virt, phys;

8 volatile unsigned long \*GPECON, \*GPEDAT, \*GPEUP;

9 unsigned long reg;

10 struct resource \*led\_resource;

11

12 void led\_device\_init(void)

13 \{

14 phys = 0x56000000;

15 virt = (unsigned long)ioremap(phys, 0x0c);

16

17 GPECON = (unsigned long \*)(virt + 0x40);

18 GPEDAT = (unsigned long \*)(virt + 0x44);

19 GPEUP = (unsigned long \*)(virt + 0x48);

20 \}

21

22 void led\_configure(void)

23 \{

24 reg = ioread32(GPECON);

25 reg &= ~(3 << 24);

26 reg |= (1 << 24);

27 iowrite32(reg, GPECON);

28

29 reg = ioread32(GPEUP);

30 reg &= ~(3 << 12);

31 iowrite32(reg, GPEUP);

32 \}

33

34 void led\_on(void)

35 \{

36 reg = ioread32(GPEDAT);

37 reg &= ~(1 << 12);

38 iowrite32(reg, GPEDAT);

39 \}

40

41 void led\_off(void)

42 \{

43 reg = ioread32(GPEDAT);

44 reg |= (1 << 12);

45 iowrite32(reg, GPEDAT);

46 \}

47

48 static int \_\_init test\_init(void) //模块初始化函数

49 \{

50 led\_device\_init();

51

52 led\_resource = request\_mem\_region(phys, 0x0c, "LED\_MEM");

53 if(NULL == led\_resource)\{

54 printk("request mem error!\\n");

55 return - ENOMEM;

56 \}

57

58 led\_configure();

59 led\_on();

60 printk("hello led!\\n");

61 return 0;

62 \}

63

64 static void \_\_exit test\_exit(void) //模块卸载函数

65 \{

66 if(NULL != led\_resource)\{

67 led\_off();

68 iounmap((void \*)virt);

69 release\_mem\_region(phys, 0x0c);

70 \}

71 printk("bye\\n");

72 \}

73

74 module\_init(test\_init);

75 module\_exit(test\_exit);

76

77 MODULE\_LICENSE("GPL");

78 MODULE\_AUTHOR("xoao bai");

79 MODULE\_VERSION("v0.1");

写完就得验证一下：

\[root: 3rd\]\# insmod test.ko

hello led! //灯亮了

\[root: 3rd\]\# cat /proc/iomem

19000300-19000310 : cs8900

19000300-19000310 : cs8900

。。。。

56000000-5600000b : LED\_MEM //看到了

57000000-570000ff : s3c2410-rtc

57000000-570000ff : s3c2410-rtc

5a000000-5a0fffff : s3c2440-sdi

\[root: 3rd\]\# rmmod test

bye //灯灭了

\[root: 3rd\]\# cat /proc/iomem //LED\_MEM不见了

19000300-19000310 : cs8900

19000300-19000310 : cs8900

。。。。。。

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五、总结

今天介绍的内容不多，其实就几个函数，下面重温一下使用IO内存的步骤：

其中第一步和最后一步可以不做。

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[http_blogold.chinaunix.net_u2_66435_showart_2137870.html]: http://blog168.chinaunix.net/link.php?url=http://blogold.chinaunix.net%2Fu2%2F66435%2Fshowart_2137870.html

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