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Linux系統(tǒng)作為一種開源操作系統(tǒng)，在軟件開發(fā)、服務(wù)器運維、網(wǎng)絡(luò)安全等方面廣受歡迎。它擁有一個強大的驅(qū)動程序生態(tài)系統(tǒng)，這個生態(tài)系統(tǒng)主要由內(nèi)核模塊組成，這些內(nèi)核模塊能與硬件設(shè)備直接交互并控制其操作。Linux系統(tǒng)的驅(qū)動程序技術(shù)是其得以廣泛應(yīng)用的重要支持，那么我們就來深入了解一下Linux系統(tǒng)驅(qū)動程序的奧秘。
基礎(chǔ)概念
我們需要了解Linux系統(tǒng)的驅(qū)動程序的基礎(chǔ)概念。在Linux系統(tǒng)中，驅(qū)動程序主要負(fù)責(zé)管理硬件設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備在操作系統(tǒng)上的交互、控制和處理，通常也稱為內(nèi)核模塊（Kernel Module）。驅(qū)動程序可以通過系統(tǒng)調(diào)用、中斷、軟中斷和Direct Memory Access（DMA）等多種方式與內(nèi)核和其他設(shè)備進行交互。
例如，當(dāng)用戶需要讀取磁盤上的文件時，文件系統(tǒng)會調(diào)用相應(yīng)的磁盤驅(qū)動程序進行讀取操作；當(dāng)用戶使用鼠標(biāo)或鍵盤時，輸入設(shè)備驅(qū)動程序會從硬件設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)并傳輸給操作系統(tǒng)；當(dāng)用戶需要連接網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序會控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸。
驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備之間進行交互和協(xié)調(diào)的橋梁，是保證操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備正常工作的重要組成部分。
內(nèi)核模塊的實現(xiàn)
Linux系統(tǒng)的驅(qū)動程序主要是由內(nèi)核模塊實現(xiàn)的。內(nèi)核模塊是一種可以動態(tài)加載到內(nèi)核中的程序，可以為操作系統(tǒng)添加新功能。內(nèi)核模塊通常是獨立編寫的源代碼文件，可以使用C語言或匯編語言編寫。這些內(nèi)核模塊編譯完成后，會生成.so文件，這些.so文件可以被加載到內(nèi)核中。
在Linux系統(tǒng)中，內(nèi)核模塊可以通過inod命令來加載，通過rmmod命令來卸載。加載模塊時，內(nèi)核會把模塊代碼拷貝到內(nèi)核空間中，并為模塊分配相應(yīng)的內(nèi)存空間。卸載模塊時，內(nèi)核會釋放相應(yīng)的內(nèi)存資源，并把模塊代碼從內(nèi)核空間中刪除。
內(nèi)核模塊的實現(xiàn)需要遵循一定的規(guī)范。內(nèi)核模塊需要實現(xiàn)一些特定的函數(shù)，這些函數(shù)可以由內(nèi)核調(diào)用。例如，init_module函數(shù)用于初始化模塊并注冊設(shè)備驅(qū)動程序，exit_module函數(shù)用于卸載模塊并注銷設(shè)備驅(qū)動程序；另外，內(nèi)核模塊的編寫需要遵循一些編程規(guī)范，例如避免使用指針、全局變量和中斷處理程序等。
設(shè)備驅(qū)動程序
在Linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動程序是一種特殊的內(nèi)核模塊。設(shè)備驅(qū)動程序主要負(fù)責(zé)管理硬件設(shè)備，包括初始化設(shè)備、讀寫數(shù)據(jù)、處理中斷等操作。設(shè)備驅(qū)動程序可以實現(xiàn)設(shè)備的一些特定功能，例如控制某種硬件設(shè)備操作、監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和響應(yīng)用戶輸入等。
在Linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動程序可以分為字符設(shè)備驅(qū)動和塊設(shè)備驅(qū)動兩種類型。其中，字符設(shè)備驅(qū)動主要用于管理字符設(shè)備，例如串口、鍵盤、鼠標(biāo)等；塊設(shè)備驅(qū)動主要用于管理塊設(shè)備，例如磁盤、U盤等。
在Linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)需要遵循一定的規(guī)范，例如使用標(biāo)準(zhǔn)頭文件、遵循驅(qū)動程序生命周期函數(shù)等。同時，內(nèi)核提供了一些設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)的API，例如使用file_operations結(jié)構(gòu)體設(shè)置設(shè)備驅(qū)動程序的操作方法、使用platform_device結(jié)構(gòu)體注冊設(shè)備驅(qū)動程序等。
應(yīng)用場景
Linux系統(tǒng)的驅(qū)動程序技術(shù)在現(xiàn)代計算機中有廣泛的應(yīng)用。其中，最常見的應(yīng)用場景是在操作系統(tǒng)上管理硬件設(shè)備。例如，磁盤驅(qū)動程序可以控制磁盤的讀寫操作，保證數(shù)據(jù)在存儲介質(zhì)上的正常操作；輸入設(shè)備驅(qū)動程序可以處理用戶輸入，例如鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏等；網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序可以控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，例如以太網(wǎng)適配器、無線網(wǎng)卡等。
此外，Linux系統(tǒng)的驅(qū)動程序技術(shù)還在其他領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。例如，在虛擬化技術(shù)中，設(shè)備驅(qū)動程序允許虛擬機直接訪問物理設(shè)備，實現(xiàn)高效的I/O操作；在嵌入式系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動程序可以讓系統(tǒng)與各種硬件設(shè)備兼容，并提供各種特定的功能。
Linux系統(tǒng)的驅(qū)動程序技術(shù)是其得以廣泛應(yīng)用的重要支持，它通過內(nèi)核模塊實現(xiàn)了對硬件設(shè)備的管理和操作，使得操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備之間能夠正常交互和協(xié)調(diào)工作。設(shè)備驅(qū)動程序是Linux系統(tǒng)中最常見的驅(qū)動程序類型，它可以分為字符設(shè)備驅(qū)動和塊設(shè)備驅(qū)動兩種類型，并通過各種編程接口和API來實現(xiàn)設(shè)備的操作和控制。
深入了解Linux系統(tǒng)驅(qū)動程序技術(shù)對于運維人員和軟件開發(fā)人員來說是非常重要的，它可以幫助我們更好地理解Linux系統(tǒng)的工作原理和提供更好的系統(tǒng)管理和應(yīng)用開發(fā)支持。
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LINUX設(shè)備驅(qū)動程序是怎么樣和硬件通信的?下面將由我?guī)Т蠹襾斫獯疬@個啟信祥疑問吧，希望對大家有所收獲!
LINUX設(shè)備驅(qū)動程序與硬件設(shè)備之間的通信
設(shè)備驅(qū)動程序是軟件概念和硬件電路之間的一個抽象層，因此兩方面都要討論。到目前為止，我們已經(jīng)討論詳細(xì)討論了軟件概念上的一些細(xì)節(jié)，現(xiàn)在討論另一方面，介紹驅(qū)動程序在Linux上如何在保持可移植性的前提下訪問I/O端口和I/O內(nèi)存。
我們在需要示例的場合會使用簡單的數(shù)字I/O端口來講解I/O指令，并使用普通的幀緩沖區(qū)顯存來講解內(nèi)存映射I/O。
I/O端口和I/O內(nèi)存
計算機對每種外設(shè)都是通過讀寫它的寄存悄搏器進行控制的。大部分外設(shè)都有幾個寄存器，不管是在內(nèi)存地址空間還是在I/O地址空間，這些寄存器的訪問地址都是連續(xù)的。
I/O端口就是I/O端口，設(shè)備會把寄存器映射到I/O端口，不管處理器是否具有獨立的I/O端口地址空間。即使沒有在訪問外設(shè)時也要模擬成讀寫I/O端口。
I/O內(nèi)存是設(shè)備把寄存器映射到某個內(nèi)存地址區(qū)段(如PCI設(shè)備)。這種I/O內(nèi)存通常是首先方案，它不需要特殊的處理器指令，而且CPU核心訪問內(nèi)存更有效率。
I/O寄存器和常規(guī)內(nèi)存
盡管硬件寄存器和內(nèi)存非常相似，但程序員在訪問I/O寄存器的時候必須注意避免由于CPU或編譯器不恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化而改變預(yù)期的I/O動作。
I/O寄存器和RAM最主要的區(qū)別就是I/O操作具有邊際效應(yīng)，而內(nèi)存操作則沒有：由坦橘于內(nèi)存沒有邊際效應(yīng)，所以可以用多種 方法 進行優(yōu)化，如使用高速緩存保存數(shù)值、重新排序讀/寫指令等。
編譯器能夠?qū)?shù)值緩存在CPU寄存器中而不寫入內(nèi)存，即使儲存數(shù)據(jù)，讀寫操作也都能在高速緩存中進行而不用訪問物理RAM。無論是在編譯器一級或是硬件一級，指令的重新排序都有可能發(fā)生：一個指令序列如果以不同于程序文本中的次序運行常常能執(zhí)行得更快。
在對常規(guī)內(nèi)存進行這些優(yōu)化的時候，優(yōu)化過程是透明的，而且效果良好，但是對I/O操作來說這些優(yōu)化很可能造成致命的錯誤，這是因為受到邊際效應(yīng)的干擾，而這卻是驅(qū)動程序訪問I/O寄存器的主要目的。處理器無法預(yù)料某些 其它 進程(在另一個處理器上運行，或在在某個I/O控制器中發(fā)生的操作)是否會依賴于內(nèi)存訪問的順序。編譯器或CPU可能會自作聰明地重新排序所要求的操作，結(jié)果會發(fā)生奇怪的錯誤，并且很難調(diào)度。因此，驅(qū)動程序必須確保不使用高速緩沖，并且在訪問寄存器時不發(fā)生讀或?qū)懼噶畹闹匦屡判颉?/p>
由硬件自身引起的問題很解決：只要把底層硬件配置成(可以是自動的或是由Linux初始化代碼完成)在訪問I/O區(qū)域(不管是內(nèi)存還是端口)時禁止硬件緩存即可。
由編譯器優(yōu)化和硬件重新排序引起的問題的解決辦法是：對硬件(或其他處理器)必須以特定順序的操作之間設(shè)置內(nèi)存屏障(memory barrier)。Linux提供了4個宏來解決所有可能的排序問題：
#include
void barrier(void)
這個函數(shù)通知編譯器插入一個內(nèi)存屏障，但對硬件沒有影響。編譯后的代碼會把當(dāng)前CPU寄存器中的所有修改過的數(shù)值保存到內(nèi)存中，需要這些數(shù)據(jù)的時候再重新讀出來。對barrier的調(diào)用可避免在屏障前后的編譯器優(yōu)化，但硬件完成自己的重新排序。
#include
void rmb(void);
void read_barrier_depends(void);
void wmb(void);
void mb(void);
這些函數(shù)在已編譯的指令流中插入硬件內(nèi)存屏障;具體實現(xiàn)方法是平臺相關(guān)的。rmb(讀內(nèi)存屏障)保證了屏障之前的讀操作一定會在后來的讀操作之前完成。wmb保證寫操作不會亂序，mb指令保證了兩者都不會。這些函數(shù)都是barrier的超集。
void p_rmb(void);
void p_read_barrier_depends(void);
void p_wmb(void);
void p_mb(void);
上述屏障宏版本也插入硬件屏障，但僅僅在內(nèi)核針對P系統(tǒng)編譯時有效;在單處理器系統(tǒng)上，它們均會被擴展為上面那些簡單的屏障調(diào)用。
設(shè)備驅(qū)動程序中使用內(nèi)存屏障的典型形式如下：
writel(dev->registers.addr, io_destination_address);
writel(dev->registers.size, io_size);
writel(dev->registers.operation, DEV_READ);
wmb();
writel(dev->registers.control, DEV_GO);
在這個例子中，最重要的是要確?？刂颇撤N特定操作的所有設(shè)備寄存器一定要在操作開始之前已被正確設(shè)置。其中的內(nèi)存屏障會強制寫操作以要求的順序完成。
因為內(nèi)存屏障會影響系統(tǒng)性能，所以應(yīng)該只用于真正需要的地方。不同類型的內(nèi)存屏障對性能的影響也不盡相同，所以更好盡可能使用更符合需要的特定類型。
值得注意的是，大多數(shù)處理同步的內(nèi)核原語，如自旋鎖和atomic_t操作，也能作為內(nèi)存屏障使用。同時還需要注意，某些外設(shè)總線(比如PCI總線)存在自身的高速緩存問題，我們將在后面的章節(jié)中討論相關(guān)問題。
在某些體系架構(gòu)上，允許把賦值語句和內(nèi)存屏障進行合并以提高效率。內(nèi)核提供了幾個執(zhí)行這種合并的宏，在默認(rèn)情況下，這些宏的定義如下：
#define set_mb(var, value) do {var = value; mb();} while 0
#define set_wmb(var, value) do {var = value; wmb();} while 0
#define set_rmb(var, value) do {var = value; rmb();} while 0
在適當(dāng)?shù)牡胤?，中定義的這些宏可以利用體系架構(gòu)特有的指令更快的完成任務(wù)。注意只有小部分體系架構(gòu)定義了set_rmb宏。
使用I/O端口
I/O端口是驅(qū)動程序與許多設(shè)備之間的通信方式——至少在部分時間是這樣。本節(jié)講解了使用I/O端口的不同函數(shù)，另外也涉及到一些可移植性問題。
I/O端口分配
下面我們提供了一個注冊的接口，它允允許驅(qū)動程序聲明自己需要操作的端口：
#include
struct resource *request_region(unsigned long first, unsigned long n, const char *name);
它告訴內(nèi)核，我們要使用起始于first的n個端口。name是設(shè)備的名稱。如果分配成功返回非NULL，如果失敗返回NULL。
所有分配的端口可從/proc/ioports中找到。如果我們無法分配到我們要的端口，則可以查看這個文件哪個驅(qū)動程序已經(jīng)分配了這些端口。
如果不再使用這些端口，則用下面函數(shù)返回這些端口給系統(tǒng)：
void release_region(unsigned long start, unsigned long n);
下面函數(shù)允許驅(qū)動程序檢查給定的I/O端口是否可用：
int check_region(unsigned long first, unsigned long n);//不可用返回負(fù)的錯誤代碼
我們不贊成用這個函數(shù)，因為它返回成功并不能確保分配能夠成功，因為檢查和其后的分配并不是原子操作。我們應(yīng)該始終使用request_region，因為這個函數(shù)執(zhí)行了必要的鎖定，以確保分配過程以安全原子的方式完成。
操作I/O端口
當(dāng)驅(qū)動程序請求了需要使用的I/O端口范圍后，必須讀取和/或?qū)懭脒@些端口。為此，大多數(shù)硬件都會把8位、16位、32位區(qū)分開來。它們不能像訪問系統(tǒng)內(nèi)存那樣混淆使用。
因此，C語言程序必須調(diào)用不同的函數(shù)訪問大小不同的端口。那些只支持映射的I/O寄存器的計算機體系架構(gòu)通過把I/O端口地址重新映射到內(nèi)存地址來偽裝端口I/O，并且為了易于移植，內(nèi)核對驅(qū)動程序隱藏了這些細(xì)節(jié)。Linux內(nèi)核頭文件中(在與體系架構(gòu)相關(guān)的頭文件中)定義了如下一些訪問I/O端口的內(nèi)聯(lián)函數(shù)：
unsigned inb(unsigned port);
void outb(unsigned char byte, unsigned port);
字節(jié)讀寫端口。
unsigned inw(unsigned port);
void outw(unsigned short word, unsigned port);
訪問16位端口
unsigned inl(unsigned port);
void outl(unsigned longword, unsigned port);
訪問32位端口
在用戶空間訪問I/O端口
上面這些函數(shù)主要是提供給設(shè)備驅(qū)動程序使用的，但它們也可以用戶空間使用，至少在PC類計算機上可以使用。GNU的C庫在中定義了這些函數(shù)。如果要要用戶空間使用inb及相關(guān)函數(shù)，則必須滿足正下面這些條件：
編譯程序時必須帶有-O選項來強制內(nèi)聯(lián)函數(shù)的展開。
必須用ioperm(獲取單個端口的權(quán)限)或iopl(獲取整個I/O空間)系統(tǒng)調(diào)用來獲取對端口進行I/O操作的權(quán)限。這兩個函數(shù)都是x86平臺特有的。
必須以root身份運行該程序才能調(diào)用ioperm或iopl?；蛘哌M程的祖先進程之一已經(jīng)以root身份獲取對端口的訪問。
如果宿主平臺沒有以上兩個系統(tǒng)調(diào)用，則用戶空間程序仍然可以使用/dev/port設(shè)備文件訪問I/O端口。不過要注意，該設(shè)備文件的含義與平臺密切相關(guān)，并且除PC平臺以處，它幾乎沒有什么用處。
串操作
以上的I/O操作都是一次傳輸一個數(shù)據(jù)，作為補充，有些處理器實現(xiàn)了一次傳輸一個數(shù)據(jù)序列的特殊指令，序列中的數(shù)據(jù)單位可以是字節(jié)、字、雙字。這些指令稱為串操作指令，它們執(zhí)行這些任務(wù)時比一個C語言編寫的循環(huán)語句快得多。下面列出的宏實現(xiàn)了串I/O：
void in(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void out(unsigned port, void *addr, unsigned long count);從內(nèi)存addr開始連續(xù)讀/寫count數(shù)目的字節(jié)。只對單一端口port讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)
void insw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);對一個16位端口讀寫16位數(shù)據(jù)
void insl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);對一個32位端口讀寫32位數(shù)據(jù)
在使用串I/O操作函數(shù)時，需要銘記的是：它們直接將字節(jié)流從端口中讀取或?qū)懭?。因此，?dāng)端口和主機系統(tǒng)具有不同的字節(jié)序時，將導(dǎo)致不可預(yù)期的結(jié)果。使用inw讀取端口將在必要時交換字節(jié)，以便確保讀入的值匹配于主機的字節(jié)序。然而，串函數(shù)不會完成這種交換。
暫停式I/O
在處理器試圖從總線上快速傳輸數(shù)據(jù)時，某些平臺(特別是i386)就會出現(xiàn)問題。當(dāng)處理器時鐘比外設(shè)時鐘(如ISA)快時就會出現(xiàn)問題，并且在設(shè)備板上特別慢時表現(xiàn)出來。為了防止出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的情況，可以使用暫停式的I/O函數(shù)來取代通常的I/O函數(shù)，這些暫停式的I/O函數(shù)很像前面介紹的那些I/O函數(shù)，不同之處是它們的名字用_p結(jié)尾，如inb_p、outb_p等等。在linux支持的大多數(shù)平臺上都定義了這些函數(shù)，不過它們常常擴展為非暫停式I/O同樣的代碼，因為如果不使用過時的外設(shè)總線就不需要額外的暫停。
平臺相關(guān)性
I/O指令是與處理器密切相關(guān)的。因為它們的工作涉及到處理器移入移出數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)，所以隱藏平臺間的差異非常困難。因此，大部分與I/O端口相關(guān)的源代碼都與平臺相關(guān)。
回顧前面函數(shù)列表可以看到有一處不兼容的地方，即數(shù)據(jù)類型。函數(shù)的參數(shù)根據(jù)各平臺體系架構(gòu)上的不同要相應(yīng)地使用不同的數(shù)據(jù)類型。例如，port參數(shù)在x86平臺上(處理器只支持64KB的I/O空間)上定義為unsigned short，但在其他平臺上定義為unsigned long，在這些平臺上，端口是與內(nèi)存在同一地址空間內(nèi)的一些特定區(qū)域。
感興趣的讀者可以從io.h文件獲得更多信息，除了本章介紹的函數(shù)，一些與體系架構(gòu)相關(guān)的函數(shù)有時也由該文件定義。
值得注意的是，x86家族之外的處理器都不為端口提供獨立的地址空間。
I/O操作在各個平臺上執(zhí)行的細(xì)節(jié)在對應(yīng)平臺的編程手冊中有詳細(xì)的敘述;也可以從web上下載這些手冊的PDF文件。
I/O端口示例
演示設(shè)備驅(qū)動程序的端口I/O的示例代碼運行于通用的數(shù)字I/O端口上，這種端口在大多數(shù)計算機平臺上都能找到。
數(shù)字I/O端口最常見的一種形式是一個字節(jié)寬度的I/O區(qū)域，它或者映射到內(nèi)存，或者映射到端口。當(dāng)把數(shù)字寫入到輸出區(qū)域時，輸出引腳上的電平信號隨著寫入的各位而發(fā)生相應(yīng)變化。從輸入?yún)^(qū)域讀取到的數(shù)據(jù)則是輸入引腳各位當(dāng)前的邏輯電平值。
這類I/O端口的具體實現(xiàn)和軟件接口是因系統(tǒng)而異的。大多數(shù)情況下，I/O引腳由兩個I/O區(qū)域控制的：一個區(qū)域中可以選擇用于輸入和輸出的引腳，另一個區(qū)域中可以讀寫實際的邏輯電平。不過有時情況簡單些，每個位不是輸入就是輸出(不過這種情況下就不能稱為“通用I/O”了);在所有個人計算機上都能找到的并口就是這樣的非通用的I/O端口。
并口簡介
并口的最小配置由3個8位端口組成。之一個端口是一個雙向的數(shù)據(jù)寄存器，它直接連接到物理連接器的2~9號引腳上。第二個端口是一個只讀的狀態(tài)寄存器;當(dāng)并口連接打印機時，該寄存器 報告 打印機狀態(tài)，如是否是線、缺紙、正忙等等。第三個端口是一個只用于輸出的控制寄存器，它的作用之一是控制是否啟用中斷。
如下所示：并口的引腳
示例驅(qū)動程序
while(count–) {
outb(*(ptr++), port);
wmb();
}
使用I/O內(nèi)存
除了x86上普遍使的I/O端口之外，和設(shè)備通信的另一種主要機制是通過使用映射到內(nèi)存的寄存器或設(shè)備內(nèi)存，這兩種都稱為I/O內(nèi)存，因為寄存器和內(nèi)存的差別對軟件是透明的。
I/O內(nèi)存僅僅是類似RAM的一個區(qū)域，在那里處理器可以通過總線訪問設(shè)備。這種內(nèi)存有很多用途，比如存放視頻數(shù)據(jù)或以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，也可以用來實現(xiàn)類似I/O端口的設(shè)備寄存器(也就是說，對它們的讀寫也存在邊際效應(yīng))。
根據(jù)計算機平臺和所使用總線的不同，i/o內(nèi)存可能是，也可能不是通過頁表訪問的。如果訪問是經(jīng)由頁表進行的，內(nèi)核必須首先安排物理地址使其對設(shè)備驅(qū)動程序可見(這通常意味著在進行任何I/O之前必須先調(diào)用ioremap)。如果訪問無需頁表，那么I/O內(nèi)存區(qū)域就非常類似于I/O端口，可以使用適當(dāng)形式的函數(shù)讀取它們。
不管訪問I/O內(nèi)存是否需要調(diào)用ioremap，都不鼓勵直接使用指向I/O內(nèi)存的指針。相反使用包裝函數(shù)訪問I/O內(nèi)存，這一方面在所有平臺上都是安全的，另一方面，在可以直接對指針指向的內(nèi)存區(qū)域執(zhí)行操作的時候，這些函數(shù)是經(jīng)過優(yōu)化的。并且直接使用指針會影響程序的可移植性。
I/O內(nèi)存分配和映射
在使用之前，必須首先分配I/O區(qū)域。分配內(nèi)存區(qū)域的接口如下(在中定義)：
struct resource *request_mem_region(unsigned long start, unsigned long len, char *name);
該函數(shù)從start開始分配len字節(jié)長的內(nèi)存區(qū)域。如果成功返回非NULL，否則返回NULL值。所有的I/O內(nèi)存分配情況可從/proc/iomem得到。
不再使用已分配的內(nèi)存區(qū)域時，使用如下接口釋放：
void release_mem_region(unsigned long start, unsigned long len);
下面函數(shù)用來檢查給定的I/O內(nèi)存區(qū)域是否可用的老函數(shù)：
int check_mem_region(unsigned long start, unsigned long len);//這個函數(shù)和check_region一樣不安全，應(yīng)避免使用
分配內(nèi)存之后我們還必須確保該I/O內(nèi)存對內(nèi)存而言是可訪問的。獲取I/O內(nèi)存并不意味著可引用對應(yīng)的指針;在許多系統(tǒng)上，I/O內(nèi)存根本不能通過這種方式直接訪問。因此，我們必須由ioremap函數(shù)建立映射，ioremap專用于為I/O內(nèi)存區(qū)域分配虛擬地址。
我們根據(jù)以下定義來調(diào)用ioremap函數(shù)：
#include
void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size);
void *ioremap_nocache(unsigned long phys_addr, unsigned long size);在大多數(shù)計算機平臺上，該函數(shù)和ioremap相同：當(dāng)所有I/O內(nèi)存已屬于非緩存地址時，就沒有必要實現(xiàn)ioremap的獨立的，非緩沖版本。
void iounmap(void *addr);
記住，由ioremap返回的地址不應(yīng)該直接引用，而應(yīng)該使用內(nèi)核提供的accessor函數(shù)。
訪問I/O內(nèi)存
在某些平臺上我們可以將ioremap的返回值直接當(dāng)作指針使用。但是，這種使用不具有可移植性，訪問I/O內(nèi)存的正確方法是通過一組專用于些目的的函數(shù)(在中定義)。
從I/O內(nèi)存中讀取，可使用以下函數(shù)之一：
unsigned int ioread8(void *addr);
unsigned int ioread16(void *addr);
unsigned int ioread32(void *addr);
其中，addr是從ioremap獲得的地址(可能包含一個整數(shù)偏移量);返回值是從給定I/O內(nèi)存讀取到的值。
寫入I/O內(nèi)存的函數(shù)如下：
void iowrite8(u8 value, void *addr);
void iowrite16(u16 value, void *addr);
void iowrite32(u32 value, void *addr);
如果必須在給定的I/O內(nèi)存地址處讀/寫一系列值，則可使用上述函數(shù)的重復(fù)版本：
void ioread8_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void ioread16_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void ioread32_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void iowrite8_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
void iowrite16_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
void iowrite32_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
上述函數(shù)從給定的buf向給定的addr讀取或?qū)懭隿ount個值。count以被寫入數(shù)據(jù)的大小為單位。
上面函數(shù)均在給定的addr處執(zhí)行所有的I/O操作，如果我們要在一塊I/O內(nèi)存上執(zhí)行操作，則可以使用下面的函數(shù)：
void memset_io(void *addr, u8 value, unsigned int count);
void memcpy_fromio(void *dest, void *source, unsigned int count);
void memcpy_toio(void *dest, void *source, unsigned int count);
上述函數(shù)和C函數(shù)庫的對應(yīng)函數(shù)功能一致。
像I/O內(nèi)存一樣使用I/O端口
某些硬件具有一種有趣的特性：某些版本使用I/O端口，而其他版本則使用I/O內(nèi)存。導(dǎo)出給處理器的寄存器在兩種情況下都是一樣的，但訪問方法卻不同。為了讓處理這類硬件的驅(qū)動程序更加易于編寫，也為了最小化I/O端口和I/O內(nèi)存訪問這間的表面區(qū)別，2.6內(nèi)核引入了ioport_map函數(shù)：
void *ioport_map(unsigned long port, unsigned int count);
該函數(shù)重新映射count個I/O端口，使其看起來像I/O內(nèi)存。此后，驅(qū)動程序可在該函數(shù)返回的地址上使用ioread8及其相關(guān)函數(shù)，這樣就不必理會I/O端口和I/O內(nèi)存之間的區(qū)別了。
當(dāng)不需要這種映射時使用下面函數(shù)一撤消：
void ioport_unmap(void *addr);
這些函數(shù)使得I/O端口看起來像內(nèi)存。但需要注意的是，在重新映射之前，我們必須通過request_region來分配這些I/O端口。
為I/O內(nèi)存重用short
前面介紹的short示例模塊訪問的是I/O端口，它也可以訪問I/O內(nèi)存。為此必須在加載時通知它使用I/O內(nèi)存，另外還要修改base地址以使其指向I/O區(qū)域。
下例是在MIPS開發(fā)板上點亮調(diào)試用的LED：
mips.root# ./short_load use_mem=1 base = 0xb7ffffc0
mips.root# echo -n 7 > /dev/short0
下面代碼是short寫入內(nèi)存區(qū)域時使用的循環(huán)：
while(count–) {
iowrite8(*ptr++, address);
wmb();
}
MB地址空間之下的ISA內(nèi)存
最廣為人知的I/O內(nèi)存區(qū)之一就是個人計算機上的ISA內(nèi)存段。它的內(nèi)存范圍在64KB(0xA0000)到1MB(0x100000)之間，因此它正好出現(xiàn)在常規(guī)系統(tǒng)RAM的中間。這種地址看上去有點奇怪，因為這個設(shè)計決策是20世紀(jì)80年代早期作出的，在當(dāng)時看來沒有人會用到640KB以上的內(nèi)存。
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