linux设备驱动归纳总结（五）：3.操作硬件——IO静态映射

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有时候会觉得，每次访问硬件都要先通过ioremap来获取虚拟地址，其实有没有一种一劳永逸的方法，只要一次的操作，以后就能通过这个地址来访问硬件。答案是“有”，这就是接下来要介绍的IO内存静态映射。

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一、静态IO是怎么建立的

Io静态映射发生在内核启动的时候，接下来通过内核源代码来分析，如果你的开发板是mini2440或者时候mini2440的内核配置文件，可以跟着我同样修改。注意：我的开发板只是使用mini2440的配置文件，外围电路跟mini2440不一样。

注：以下代码在内核目录linux-2.6.29/arch/arm/mach-s3c2440/mach-mini2440.c。

静态映射的建立方法，是在内核启动的时候，读取struct map_desc结构体里面的成员：

/*arch/arm/include/asm/mach/map.h*/

14 struct map_desc {

15 unsigned long virtual; //存放以后需要操作的虚拟地址，由自己定义

16 unsigned long pfn; //需要操作的硬件的物理地址对应的页帧号，即物理地址右移12

17 unsigned long length; //需要映射的大小

18 unsigned int type; //类型

19 };

这里要说明两个成员：

1）物理地址的页帧号pfn：如果你了解linux的页式管理，那你应该知道，一个页的大小是4096B（2
<< 12），所以一个地址的31-12位是用来表示一个地址对应的页帧号。对应的，一个物理地址，只要右移12位就能得到对应的页帧号，也可以使用函数：

#define __phys_to_pfn(paddr) ((paddr) >> PAGE_SHIFT) //其实也是右移12位

2）类型type：有下面这些类型定义：

/*include/asm/mach/map.h*/

21 /* types 0-3 are defined in asm/io.h */

22 #define MT_UNCACHED
4

23 #define MT_CACHECLEAN 5

24 #define MT_MINICLEAN 6

25 #define MT_LOW_VECTORS 7

26 #define MT_HIGH_VECTORS 8

27 #define MT_MEMORY 9

28 #define MT_ROM 10

其中，MT_UNCACHED是我们常用的，表示该地址不放在缓冲区cached中。要知道，为了方便内存的访问，内核会将一些经常使用的内存数据放在cached中，但是这样在访问寄存器时就不行了，如果寄存器改变了，内核读取数据是从cached中读取数据，而不在寄存器读取，这样的做法是不合理的。

首先，我们需要往这个结构体中填充我们需要访问的地址。

本来这个结构体是空的。

/*arch/arm/mach-s3c2440/mach-mini2440.c*/

45 static struct map_desc mini2440_iodesc[] __initdata = {

46 };

修改成：

45 static struct map_desc mini2440_iodesc[] __initdata = {

46 {

47 .virtual = 0xeeee0000,

48 .pfn = __phys_to_pfn(0x56000000), //0x56000

49 .length = SZ_4K, //这里我直接映射一页

50 .type = MT_UNCACHED

51 },

52 };

填充结构体后，我们再看看启动时通过调用什么函数：

/*linux-2.6.29/arch/arm/mach-s3c2440/mach-mini2440.c*/

264 static void __init mini2440_map_io(void)

265 { //就是这个函数，将我刚才修改的结构体的成员进行静态映射

266 s3c24xx_init_io(mini2440_iodesc, ARRAY_SIZE(mini2440_iodesc));

267 s3c24xx_init_clocks(12000000);

268 s3c24xx_init_uarts(mini2440_uartcfgs, ARRAY_SIZE(mini2440_uartcfgs));

269 }

这个函数里面有一个重要的函数——iotable_init()，其实大部分的工作都由这个函数来完成，实现静态映射。

既然修改了内核，就需要重新编译内核：

make bzImage

通过上面这几步，我们就实现了这样的一个操作，可以通过虚拟地址0xeeee0000来访问一页的物理地址。既然知道了虚拟地址和物理地址之间的关系，就不需要再用ioremap了。

为了更好的规范，我们使用一个头文件来定义寄存器的访问地址，方便编程时使用：

/*5th_mm_3/1st/test_map_io.h*/

1 #ifndef _TEST_H

2 #define _TEST_H

3

4 typedef volatile unsigned long * s3c_reg_t;

5

6 #define S3C2440_VA 0xeeee0000 //我们已经知道静态映射的虚拟地址

7

8 #define S3C2440_BASE(x) (S3C2440_VA + (x))

9 #define S3C2440_GPEBASE S3C2440_BASE(0x40)

10 #define S3C2440_GPECON S3C2440_BASE(0x40) //这就是我们要操作的寄存器

11 #define S3C2440_GPEDAT S3C2440_BASE(0x44)

12 #define S3C2440_GPEUP S3C2440_BASE(0x48)

13

14

15 #endif /* _TEST_H */

然后再修改一下前一节的2nd函数，去掉ioremap部分：

1 #include

2 #include

3

4 #include

5 #include "test_map_io.h"

6

7 s3c_reg_t *GPECON,
*GPEDAT, *GPEUP;

8 unsigned long reg;

9

10 void led_device_init(void)

11 {

12 GPECON = (s3c_reg_t
*)S3C2440_GPECON;

13 GPEDAT = (s3c_reg_t
*)S3C2440_GPEDAT;

14 GPEUP = (s3c_reg_t
*)S3C2440_GPEUP;

15 }

16

17 void led_configure(void)

18 {

19 reg = ioread32(GPECON);

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

21 reg |= (1 << 24);

22 iowrite32(reg, GPECON);

23

24 reg = ioread32(GPEUP);

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

26 iowrite32(reg, GPEUP);

27 }

28

29 void led_on(void)

30 {

31 reg = ioread32(GPEDAT);

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

33 iowrite32(reg, GPEDAT);

34 }

35

36 void led_off(void)

37 {

38 reg = ioread32(GPEDAT);

39 reg |= (1 << 12);

40 iowrite32(reg, GPEDAT);

41 }

42

43 static int __init test_init(void) //模块初始化函数

44 {

45 led_device_init();

46 led_configure();

47 led_on();

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

49 return 0;

50 }

51

52 static void __exit test_exit(void) //模块卸载函数

53 {

54 led_off();

55 printk("bye\n");

56 }

57

58 module_init(test_init);

59 module_exit(test_exit);

60

61 MODULE_LICENSE("GPL");

62 MODULE_AUTHOR("xoao bai");

63 MODULE_VERSION("v0.1");

除了红笔部分，和删除的ioremap相关函数，其他部分都没有改动，效果还是一样，加载灯亮，卸载灯灭。

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二、总结

这节介绍的内容确实是少：

1）内核中使用什么数据结构来管理静态映射IO。

2）内核时候什么函数在启动过程实现静态IO映射。

3）如何编写驱动函数来使用静态映射IO。

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源代码： 5th_mm_3.rar