实现linux系统内存的分配 读写 释放功能
刚刚我们实现了linux系统内存的分配，读写，释放功能，下面，我们一鼓作气将io端口映射及io内存映射搞定，加油！
（一）地址的概念 1）物理地址：cpu地址总线传来的地址，由硬件电路控制其具体含义。物理地址中很大一部分是留给内存条中的内存的，但也常被映射到其他存储器上（如显存、bios等）。在程序指令中的虚拟地址经过段映射和页面映射后，就生成了物理地址，这个物理地址被放到cpu的地址线上。
物理地址空间，一部分给物理ram（内存）用，一部分给总线用，这是由硬件设计来决定的，因此在32 bits地址线的x86处理器中，物理地址空间是2的32次方，即4gb，但物理ram一般不能上到4gb，因为还有一部分要给总线用（总线上还挂着别的许多设备）。在pc机中，一般是把低端物理地址给ram用，高端物理地址给总线用。
2）总线地址：总线的地址线或在地址周期上产生的信号。外设使用的是总线地址，cpu使用的是物理地址。
物理地址与总线地址之间的关系由系统的设计决定的。在x86平台上，物理地址就是总线地址，这是因为它们共享相同的地址空间——这句话有点难理解，详见下面的独立编址。在其他平台上，可能需要转换/映射。比如：cpu需要访问物理地址是0xfa的单元，那么在x86平台上，会产生一个pci总线上对0xfa地址的访问。因为物理地址和总线地址相同，所以凭眼睛看是不能确定这个地址是用在哪儿的，它或者在内存中，或者是某个卡上的存储单元，甚至可能这个地址上没有对应的存储器。
3）虚拟地址：现代操作系统普遍采用虚拟内存管理（virtual memory management）机制，这需要mmu（memory management unit）的支持。mmu通常是cpu的一部分，如果处理器没有mmu，或者有mmu但没有启用，cpu执行单元发出的内存地址将直接传到芯片引脚上，被内存芯片（物理内存）接收，这称为物理地址（physical address），如果处理器启用了mmu，cpu执行单元发出的内存地址将被mmu截获，从cpu到mmu的地址称为虚拟地址（virtual address），而mmu将这个地址翻译成另一个地址发到cpu芯片的外部地址引脚上，也就是将虚拟地址映射成物理地址。
linux中，进程的4gb（虚拟）内存分为用户空间、内核空间。用户空间分布为0~3gb（即page_offset，在0x86中它等于0xc0），剩下的1g为内核空间。程序员只能使用虚拟地址。系统中每个进程有各自的私有用户空间（0～3g），这个空间对系统中的其他进程是不可见的。
cpu发出取指令请求时的地址是当前上下文的虚拟地址，mmu再从页表中找到这个虚拟地址的物理地址，完成取指。同样读取数据的也是虚拟地址，比如mov ax, var.编译时var就是一个虚拟地址，也是通过mmu从也表中来找到物理地址，再产生总线时序，完成取数据的。
（二）编址方式 1）外设都是通过读写设备上的寄存器来进行的，外设寄存器也称为i/o端口，而io端口有两种编址方式：独立编址和统一编制。
统一编址：外设接口中的io寄存器（即io端口）与主存单元一样看待，每个端口占用一个存储单元的地址，将主存的一部分划出来用作io地址空间，如，在pdp-11中，把最高的4k主存作为io设备寄存器地址。端口占用了存储器的地址空间，使存储量容量减小。
统一编址也称为i/o内存方式，外设寄存器位于内存空间（很多外设有自己的内存、缓冲区，外设的寄存器和内存统称i/o空间）。
如，samsung的s3c2440，是32位arm处理器，它的4gb地址空间被外设、ram等瓜分：
0x8 1 led 8*8点阵的地址
0x4800 0 ~ 0x6 0 sfr（特殊暂存器）地址空间
0x3800 1002键盘地址
0x3 0 ~ 0x3400 0 sdram空间
0x2 0020 ~ 0x2 002e ide
0x1900 0300 cs8900
独立编址（单独编址）：io地址与存储地址分开独立编址，i/0端口地址不占用存储空间的地址范围，这样，在系统中就存在了另一种与存储地址无关的io地址，cpu也必须具有专用与输入输出操作的io指令（in、out等）和控制逻辑。独立编址下，地址总线上过来一个地址，设备不知道是给io端口的、还是给存储器的，于是处理器通过memr/memw和ior/iow两组控制信号来实现对i/o端口和存储器的不同寻址。如，intel 80x86就采用单独编址，cpu内存和i/o是一起编址的，就是说内存一部分的地址和i/o地址是重叠的。
独立编址也称为i/o端口方式，外设寄存器位于i/o（地址）空间。
对于x86架构来说，通过in/out指令访问。pc架构一共有65536个8bit的i/o端口，组成64k个i/o地址空间，编号从0~0xffff，有16位，80x86用低16位地址线a0-a15来寻址。连续两个8bit的端口可以组成一个16bit的端口，连续4个组成一个32bit的端口。i/o地址空间和cpu的物理地址空间是两个不同的概念，例如i/o地址空间为64k，一个32bit的cpu物理地址空间是4g。如，在intel 8086+redhat9.0下用more /proc/ioports可看到：
0-001f : dma1
0020-003f : pic1
0040-005f : timer
0060-006f : keyboard
0070-007f : rtc
0080-008f : dma page reg
00a0-00bf : pic2
00c0-00df : dma2
00f0-00ff : fpu
0170-0177 : ide1
不过intel x86平台普通使用了名为内存映射（mmio）的技术，该技术是pci规范的一部分，io设备端口被映射到内存空间，映射后，cpu访问io端口就如同访问内存一样。看intel ta 719文档给出的x86/x64系统典型内存地址分配表：
bios 1m
本地apic 4k
芯片组保留 2m
io apic 4k
pci设备 256m
pci express设备 256m
pci设备（可选） 256m
显示帧缓存 16m
tseg 1m
对于某一既定的系统，它要么是独立编址、要么是统一编址，具体采用哪一种则取决于cpu的体系结构。 如，powerpc、m68k等采用统一编址，而x86等则采用独立编址，存在io空间的概念。目前，大多数嵌入式微控制器如arm、powerpc等并 不提供i/o空间，仅有内存空间，可直接用地址、指针访问。但对于linux内核而言，它可能用于不同的cpu，所以它必须都要考虑这两种方式，于是它采 用一种新的方法，将基于i/o映射方式的或内存映射方式的i/o端口通称为i/o区域（i/o region），不论你采用哪种方式，都要先申请io区域：request_resource()，结束时释放 它：release_resource()。
2）对外设的访问
1、访问i/o内存的流程是：request_mem_region()->ioremap()->ioread8()/iowrite8()->iounmap()->release_mem_region()。
前面说过，io内存是统一编址下的概念，对于统一编址，io地址空间是物理主存的一部分，对于编程而言，我们只能操作虚拟内存，所以，访问的第一步就是要把设备所处的物理地址映射到虚拟地址，linux2.6下用ioremap():
void *ioremap(unsigned long offset, unsigned long size);
然后，我们可以直接通过指针来访问这些地址，但是也可以用linux内核的一组函数来读写：
ioread8(), iowrite16(), ioread8_rep(), iowrite8_rep()......
2、访问i/o端口
访问io端口有2种途径：i/o映射方式（i/o－mapped）、内存映射方式（memory－mapped）。前一种途径不映射到内存空间，直接使用intb()/outb()之类的函数来读写io端口；后一种mmio是先把io端口映射到io内存（内存空间），再使用访问io内存的函数来访问io端口。
void ioport_map(unsigned long port, unsigned int count);
通过这个函数，可以把port开始的count个连续的io端口映射为一段内存空间，然后就可以在其返回的地址是像访问io内存一样访问这些io端口。
（三）linux下的io端口和io内存 cpu对外设端口物理地址的编址方式有两种：一种是io映射方式，另一种是内存映射方式。
linux将基于io映射方式的和内存映射方式的io端口统称为io区域（io region）。
io region仍然是一种io资源，因此它仍然可以用resource结构类型来描述。
linux管理io region：
1) request_region()
把一个给定区间的io端口分配给一个io设备。
2) check_region()
检查一个给定区间的io端口是否空闲，或者其中一些是否已经分配给某个io设备。
3) release_region()
释放以前分配给一个io设备的给定区间的io端口。
linux中可以通过以下辅助函数来访问io端口：
inb(),inw(),inl(),outb(),outw(),outl()
bwl分别代表8位，16位，32位。
对io内存资源的访问
1) request_mem_region()
请求分配指定的io内存资源。
2) check_mem_region()
检查指定的io内存资源是否已被占用。
3) release_mem_region()
释放指定的io内存资源。
其中传给函数的start address参数是内存区的物理地址（以上函数参数表已省略）。
驱动开发人员可以将内存映射方式的io端口和外设内存统一看作是io内存资源。
ioremap()用来将io资源的物理地址映射到内核虚地址空间（3gb - 4gb）中，参数addr是指向内核虚地址的指针。
linux中可以通过以下辅助函数来访问io内存资源：
readb(),readw(),readl(),writeb(),writew(),writel()。
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io映射方式的整个io端口空间和基于内存映射方式的io内存资源空间（包括io端口和外设内存）。
1）关于io与内存空间：
在x86处理器中存在着i/o空间的概念，i/o空间是相对于内存空间而言的，它通过特定的指令in、out来访问。端口号标识了外设的寄存器地址。intel语法的in、out指令格式为：
in累加器, {端口号│dx}
out {端口号│dx},累加器
目前，大多数嵌入式微控制器如arm、powerpc等中并不提供i/o空间，而仅存在内存空间。内存空间可以直接通过地址、指针来访问，程序和程序运行中使用的变量和其他数据都存在于内存空间中。
即便是在x86处理器中，虽然提供了i/o空间，如果由我们自己设计电路板，外设仍然可以只挂接在内存空间。此时，cpu可以像访问一个内存单元那样访问外设i/o端口，而不需要设立专门的i/o指令。因此，内存空间是必须的，而i/o空间是可选的。
（2）inb和outb：
在linux设备驱动中，宜使用linux内核提供的函数来访问定位于i/o空间的端口，这些函数包括：
·读写字节端口（8位宽）
unsigned inb(unsigned port);
void outb(unsigned char byte, unsigned port);
·读写字端口（16位宽）
unsigned inw(unsigned port);
void outw(unsigned short word, unsigned port);
·读写长字端口（32位宽）
unsigned inl(unsigned port);
void outl(unsigned longword, unsigned port);
·读写一串字节
void insb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
· insb()从端口port开始读count个字节端口，并将读取结果写入addr指向的内存；outsb()将addr指向的内存的count个字节连续地写入port开始的端口。
·读写一串字
void insw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
·读写一串长字
void insl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
上述各函数中i/o端口号port的类型高度依赖于具体的硬件平台，因此，只是写出了unsigned。
以上知识点摘自：
这儿我不献丑了，因为上面的已经写的很好了。
（四）linux下的io端口和io内存 由于我本人对imx257的io内存分配不太了解，曾经询问过很多周立功公司那些所谓的技术人员，每个人回答的答案都是，你好,我们提供的资料就只是官网上的光盘资料了哦，每次碰到这种话，我真的很无语，我只能说，好吧，只能说是我智商太低了，那些资料太高深了。
好了，废话也不多说了，这次，我就针对s3c24xx的gpio驱动程序来讲解io端口的分配。
1. 定义一些寄存器（数据寄存器，配置寄存器）
上图中，gpio_va就是我们gpio的基址，是用来确定gpfcon配置寄存器和gpfdat数据寄存器的指针地址的
，其初始化我们在init函数中会讲解。
2.在init函数中确定gpio基址
前面我们寄存器的正常作用的前提就是gpio_va这个基址，所以我们在init函数中分配io端口
如图所示，将gpio的地址0x56这个io端口分配为gpio_va，这样也就确定了，前面的配置寄存器和数据寄存器。
3.在open函数中配置gpio
和单片机程序一样，使用gpio都要先配置gpio，原理一样：
给gpio引脚赋初值，以后对gpio引脚的操作，直接用这个寄存器赋值就可以了
4.在exit函数中释放io端口
使用完gpio引脚后，要将我们申请的io端口释放掉。
总结一下，很简单，申请，配置，释放
申请io端口à配置gpio端口为输出（入）à给数据寄存器赋值（读取）à释放io端口
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（一）地址的概念 1）物理地址：cpu地址总线传来的地址，由硬件电路控制其具体含义。物理地址中很大一部分是留给内存条中的内存的，但也常被映射到其他存储器上（如显存、bios等）。在程序指令中的虚拟地址经过段映射和页面映射后，就生成了物理地址，这个物理地址被放到cpu的地址线上。
物理地址空间，一部分给物理ram（内存）用，一部分给总线用，这是由硬件设计来决定的，因此在32 bits地址线的x86处理器中，物理地址空间是2的32次方，即4gb，但物理ram一般不能上到4gb，因为还有一部分要给总线用（总线上还挂着别的许多设备）。在pc机中，一般是把低端物理地址给ram用，高端物理地址给总线用。
2）总线地址：总线的地址线或在地址周期上产生的信号。外设使用的是总线地址，cpu使用的是物理地址。
物理地址与总线地址之间的关系由系统的设计决定的。在x86平台上，物理地址就是总线地址，这是因为它们共享相同的地址空间——这句话有点难理解，详见下面的独立编址。在其他平台上，可能需要转换/映射。比如：cpu需要访问物理地址是0xfa的单元，那么在x86平台上，会产生一个pci总线上对0xfa地址的访问。因为物理地址和总线地址相同，所以凭眼睛看是不能确定这个地址是用在哪儿的，它或者在内存中，或者是某个卡上的存储单元，甚至可能这个地址上没有对应的存储器。
3）虚拟地址：现代操作系统普遍采用虚拟内存管理（virtual memory management）机制，这需要mmu（memory management unit）的支持。mmu通常是cpu的一部分，如果处理器没有mmu，或者有mmu但没有启用，cpu执行单元发出的内存地址将直接传到芯片引脚上，被内存芯片（物理内存）接收，这称为物理地址（physical address），如果处理器启用了mmu，cpu执行单元发出的内存地址将被mmu截获，从cpu到mmu的地址称为虚拟地址（virtual address），而mmu将这个地址翻译成另一个地址发到cpu芯片的外部地址引脚上，也就是将虚拟地址映射成物理地址。
linux中，进程的4gb（虚拟）内存分为用户空间、内核空间。用户空间分布为0~3gb（即page_offset，在0x86中它等于0xc0），剩下的1g为内核空间。程序员只能使用虚拟地址。系统中每个进程有各自的私有用户空间（0～3g），这个空间对系统中的其他进程是不可见的。
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统一编址：外设接口中的io寄存器（即io端口）与主存单元一样看待，每个端口占用一个存储单元的地址，将主存的一部分划出来用作io地址空间，如，在pdp-11中，把最高的4k主存作为io设备寄存器地址。端口占用了存储器的地址空间，使存储量容量减小。
统一编址也称为i/o内存方式，外设寄存器位于内存空间（很多外设有自己的内存、缓冲区，外设的寄存器和内存统称i/o空间）。
如，samsung的s3c2440，是32位arm处理器，它的4gb地址空间被外设、ram等瓜分：
0x8 1 led 8*8点阵的地址
0x4800 0 ~ 0x6 0 sfr（特殊暂存器）地址空间
0x3800 1002键盘地址
0x3 0 ~ 0x3400 0 sdram空间
0x2 0020 ~ 0x2 002e ide
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独立编址（单独编址）：io地址与存储地址分开独立编址，i/0端口地址不占用存储空间的地址范围，这样，在系统中就存在了另一种与存储地址无关的io地址，cpu也必须具有专用与输入输出操作的io指令（in、out等）和控制逻辑。独立编址下，地址总线上过来一个地址，设备不知道是给io端口的、还是给存储器的，于是处理器通过memr/memw和ior/iow两组控制信号来实现对i/o端口和存储器的不同寻址。如，intel 80x86就采用单独编址，cpu内存和i/o是一起编址的，就是说内存一部分的地址和i/o地址是重叠的。
独立编址也称为i/o端口方式，外设寄存器位于i/o（地址）空间。
对于x86架构来说，通过in/out指令访问。pc架构一共有65536个8bit的i/o端口，组成64k个i/o地址空间，编号从0~0xffff，有16位，80x86用低16位地址线a0-a15来寻址。连续两个8bit的端口可以组成一个16bit的端口，连续4个组成一个32bit的端口。i/o地址空间和cpu的物理地址空间是两个不同的概念，例如i/o地址空间为64k，一个32bit的cpu物理地址空间是4g。如，在intel 8086+redhat9.0下用more /proc/ioports可看到：
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不过intel x86平台普通使用了名为内存映射（mmio）的技术，该技术是pci规范的一部分，io设备端口被映射到内存空间，映射后，cpu访问io端口就如同访问内存一样。看intel ta 719文档给出的x86/x64系统典型内存地址分配表：
bios 1m
本地apic 4k
芯片组保留 2m
io apic 4k
pci设备 256m
pci express设备 256m
pci设备（可选） 256m
显示帧缓存 16m
tseg 1m
对于某一既定的系统，它要么是独立编址、要么是统一编址，具体采用哪一种则取决于cpu的体系结构。 如，powerpc、m68k等采用统一编址，而x86等则采用独立编址，存在io空间的概念。目前，大多数嵌入式微控制器如arm、powerpc等并 不提供i/o空间，仅有内存空间，可直接用地址、指针访问。但对于linux内核而言，它可能用于不同的cpu，所以它必须都要考虑这两种方式，于是它采 用一种新的方法，将基于i/o映射方式的或内存映射方式的i/o端口通称为i/o区域（i/o region），不论你采用哪种方式，都要先申请io区域：request_resource()，结束时释放 它：release_resource()。
2）对外设的访问
1、访问i/o内存的流程是：request_mem_region()->ioremap()->ioread8()/iowrite8()->iounmap()->release_mem_region()。
前面说过，io内存是统一编址下的概念，对于统一编址，io地址空间是物理主存的一部分，对于编程而言，我们只能操作虚拟内存，所以，访问的第一步就是要把设备所处的物理地址映射到虚拟地址，linux2.6下用ioremap():
void *ioremap(unsigned long offset, unsigned long size);
然后，我们可以直接通过指针来访问这些地址，但是也可以用linux内核的一组函数来读写：
ioread8(), iowrite16(), ioread8_rep(), iowrite8_rep()......
2、访问i/o端口
访问io端口有2种途径：i/o映射方式（i/o－mapped）、内存映射方式（memory－mapped）。前一种途径不映射到内存空间，直接使用intb()/outb()之类的函数来读写io端口；后一种mmio是先把io端口映射到io内存（内存空间），再使用访问io内存的函数来访问io端口。
void ioport_map(unsigned long port, unsigned int count);
通过这个函数，可以把port开始的count个连续的io端口映射为一段内存空间，然后就可以在其返回的地址是像访问io内存一样访问这些io端口。
（三）linux下的io端口和io内存 cpu对外设端口物理地址的编址方式有两种：一种是io映射方式，另一种是内存映射方式。
linux将基于io映射方式的和内存映射方式的io端口统称为io区域（io region）。
io region仍然是一种io资源，因此它仍然可以用resource结构类型来描述。
linux管理io region：
1) request_region()
把一个给定区间的io端口分配给一个io设备。
2) check_region()
检查一个给定区间的io端口是否空闲，或者其中一些是否已经分配给某个io设备。
3) release_region()
释放以前分配给一个io设备的给定区间的io端口。
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inb(),inw(),inl(),outb(),outw(),outl()
bwl分别代表8位，16位，32位。
对io内存资源的访问
1) request_mem_region()
请求分配指定的io内存资源。
2) check_mem_region()
检查指定的io内存资源是否已被占用。
3) release_mem_region()
释放指定的io内存资源。
其中传给函数的start address参数是内存区的物理地址（以上函数参数表已省略）。
驱动开发人员可以将内存映射方式的io端口和外设内存统一看作是io内存资源。
ioremap()用来将io资源的物理地址映射到内核虚地址空间（3gb - 4gb）中，参数addr是指向内核虚地址的指针。
linux中可以通过以下辅助函数来访问io内存资源：
readb(),readw(),readl(),writeb(),writew(),writel()。
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io映射方式的整个io端口空间和基于内存映射方式的io内存资源空间（包括io端口和外设内存）。
1）关于io与内存空间：
在x86处理器中存在着i/o空间的概念，i/o空间是相对于内存空间而言的，它通过特定的指令in、out来访问。端口号标识了外设的寄存器地址。intel语法的in、out指令格式为：
in累加器, {端口号│dx}
out {端口号│dx},累加器
目前，大多数嵌入式微控制器如arm、powerpc等中并不提供i/o空间，而仅存在内存空间。内存空间可以直接通过地址、指针来访问，程序和程序运行中使用的变量和其他数据都存在于内存空间中。
即便是在x86处理器中，虽然提供了i/o空间，如果由我们自己设计电路板，外设仍然可以只挂接在内存空间。此时，cpu可以像访问一个内存单元那样访问外设i/o端口，而不需要设立专门的i/o指令。因此，内存空间是必须的，而i/o空间是可选的。
（2）inb和outb：
在linux设备驱动中，宜使用linux内核提供的函数来访问定位于i/o空间的端口，这些函数包括：
·读写字节端口（8位宽）
unsigned inb(unsigned port);
void outb(unsigned char byte, unsigned port);
·读写字端口（16位宽）
unsigned inw(unsigned port);
void outw(unsigned short word, unsigned port);
·读写长字端口（32位宽）
unsigned inl(unsigned port);
void outl(unsigned longword, unsigned port);
·读写一串字节
void insb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
· insb()从端口port开始读count个字节端口，并将读取结果写入addr指向的内存；outsb()将addr指向的内存的count个字节连续地写入port开始的端口。
·读写一串字
void insw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
·读写一串长字
void insl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
上述各函数中i/o端口号port的类型高度依赖于具体的硬件平台，因此，只是写出了unsigned。
以上知识点摘自：
这儿我不献丑了，因为上面的已经写的很好了。
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好了，废话也不多说了，这次，我就针对s3c24xx的gpio驱动程序来讲解io端口的分配。
1. 定义一些寄存器（数据寄存器，配置寄存器）
上图中，gpio_va就是我们gpio的基址，是用来确定gpfcon配置寄存器和gpfdat数据寄存器的指针地址的
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2.在init函数中确定gpio基址
前面我们寄存器的正常作用的前提就是gpio_va这个基址，所以我们在init函数中分配io端口
如图所示，将gpio的地址0x56这个io端口分配为gpio_va，这样也就确定了，前面的配置寄存器和数据寄存器。
3.在open函数中配置gpio
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给gpio引脚赋初值，以后对gpio引脚的操作，直接用这个寄存器赋值就可以了
4.在exit函数中释放io端口
使用完gpio引脚后，要将我们申请的io端口释放掉。
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