一文读懂Linux下如何访问I/O端口和I/O内存

2017-12-25 13:58:36 来源:嵌入式ARM
标签:

 

一、I/O端口
端口(port)是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器的地址。几乎每一种外设都是通过读写设备上的寄存器来进行的。CPU通过这些地址即端口向接口电路中的寄存器发送命令,读取状态和传送数据。外设寄存器也称为“I/O端口”,通常包括:控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类,而且一个外设的寄存器通常被连续地编址。

 

二、IO内存
例如,在PC上可以插上一块图形卡,有2MB的存储空间,甚至可能还带有ROM,其中装有可执行代码。

 

 

三、IO端口和IO内存的区分及联系
这两者如何区分就涉及到硬件知识,X86体系中,具有两个地址空间:IO空间和内存空间,而RISC指令系统的CPU(如ARM、PowerPC等)通常只实现一个物理地址空间,即内存空间。

 

内存空间:内存地址寻址范围,32位操作系统内存空间为2的32次幂,即4G。

IO空间:X86特有的一个空间,与内存空间彼此独立的地址空间,32位X86有64K的IO空间。

IO端口:当寄存器或内存位于IO空间时,称为IO端口。一般寄存器也俗称I/O端口,或者说I/O ports,这个I/O端口可以被映射在Memory Space,也可以被映射在I/O Space。

IO内存:当寄存器或内存位于内存空间时,称为IO内存。


四、外设IO端口物理地址的编址方式
CPU对外设IO端口物理地址的编址方式有两种:一种是I/O映射方式(I/O-mapped),另一种是内存映射方式(Memory-mapped)。而具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。

 

1、统一编址

RISC指令系统的CPU(如,PowerPC、m68k、ARM等)通常只实现一个物理地址空间(RAM)。在这种情况下,外设I/O端口的物理地址就被映射到CPU的单一物理地址空间中,而成为内存的一部分。此时,CPU可以象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外设I/O指令。


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”)。


2、独立编址

而另外一些体系结构的CPU(典型地如X86)则为外设专门实现了一个单独地地址空间,称为“I/O地址空间”或者“I/O端口空间”。这是一个与CPU地RAM物理地址空间不同的地址空间,所有外设的I/O端口均在这一空间中进行编址。CPU通过设立专门的I/O指令(如X86的IN和OUT指令)来访问这一空间中的地址单元(也即I/O端口)。与RAM物理地址空间相比,I/O地址空间通常都比较小,如x86 CPU的I/O空间就只有64KB(0-0xffff)。这是“I/O映射方式”的一个主要缺点。


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”。


3、优缺点

独立编址主要优点是:

1)I/O端口地址不占用存储器空间;使用专门的I/O指令对端口进行操作,I/O指令短,执行速度快。

2)并且由于专门I/O指令与存储器访问指令有明显的区别,使程序中I/O操作和存储器操作层次清晰,程序的可读性强。

3)同时,由于使用专门的I/O指令访问端口,并且I/O端口地址和存储器地址是分开的,故I/O端口地址和存储器地址可以重叠,而不会相互混淆。

4)译码电路比较简单(因为I/0端口的地址空间一般较小,所用地址线也就较少)。


其缺点是:只能用专门的I/0指令,访问端口的方法不如访问存储器的方法多。

 

统一编址优点:

1)由于对I/O设备的访问是使用访问存储器的指令,所以指令类型多,功能齐全,这不仅使访问I/O端口可实现输入/输出操作,而且还可对端口内容进行算术逻辑运算,移位等等;

2)另外,能给端口有较大的编址空间,这对大型控制系统和数据通信系统是很有意义的。


这种方式的缺点是端口占用了存储器的地址空间,使存储器容量减小,另外指令长度比专门I/O指令要长,因而执行速度较慢。


究竟采用哪一种取决于系统的总体设计。在一个系统中也可以同时使用两种方式,前提是首先要支持I/O独立编址。Intel的x86微处理器都支持I/O 独立编址,因为它们的指令系统中都有I/O指令,并设置了可以区分I/O访问和存储器访问的控制信号引脚。而一些微处理器或单片机,为了减少引脚,从而减 少芯片占用面积,不支持I/O独立编址,只能采用存储器统一编址。

 

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
这项技术一出,重大驾驶安全隐患将被解决!
这项技术一出,重大驾驶安全隐患将被解决!

作为嵌入式计算机视觉和深度学习解决方案的领先企业,eyeSight科技日前荣获了由Frost & Sullivan评选的汽车行业嵌入式计算机视觉领域的科技创新大奖。该奖项专门表彰擅于探寻全新技术激活市场,并长期致力于创新事业的优秀企业。

Littelfuse推出业内封装尺寸最小的单向瞬态抑制二极管阵列, 可保护I/O和电源端口免于ESD损坏

Littelfuse公司作为全球电路保护领域的领先企业,今天推出了两个符合AEC-Q101标准的单向瞬态抑制二极管阵列产品系列,其专为保护I/O和电源端口免于静电放电(ESD)损坏而进行了优化。

地平线发布人工智能抓拍相机,准确率达99.7%
地平线发布人工智能抓拍相机,准确率达99.7%

今日,中国AI创企地平线在美西国际安全科技展(ISC West 2018)上发布了一款嵌入式人工智能抓拍识别摄像机HR-IPC2143。

工程师:技术不能一味追求“短平快”,踏实打磨才能水到渠成

有位网友来找我,目的是向我咨询掌握什么技术在毕业后能找份好工作。他才大二,语气中充满焦虑。这似乎是一个喜欢速成的时代,大多数人追求短平快,而摒弃踏踏实实积累。可是如果一个人心不静,当下的事情都做不好,谈何规划未来?大学里两年的时间,他还能学习很多知识。

想学嵌入式?keil都不会用可不行

keil4使用教程   1、第一步是建立工程,最好新建一个文件夹,把新建的这个工程放在文件夹放在里面,点击进去之后第一个新建uvision工程。

更多资讯
解读内存涨价原因,2018年还会持续涨吗?
解读内存涨价原因,2018年还会持续涨吗?

过去的一年里,内存价格不断上涨,8GB DDR4内存接近千元,DDR3内存也被带动涨了一波。今年内存价格虽有所下跌,但仍然远超去年同期水平。

中国三大存储器阵营预计于下半年试产,2019年将为中国存储器生产元年

集邦咨询半导体研究中心(DRAMeXchange)指出,中国存储器产业目前以投入NAND Flash市场的长江存储、专注于行动式内存的合肥长鑫,以及致力于利基型内存晋华集成三大阵营为主。

嵌入式硬件设计02-电源是否需要隔离?

在产品设计时,倘若没有考虑应用环境对电源隔离的要求。产品到了应用时就会出现因设计方案的不当导致的系统不稳定,甚至出现高压损坏后级负载的情况,以及出现危害人身财产安全的情况。因此产品设计是否需要隔离至关重要。

eMMC的实际烧录困境

随着智能手机、平板电脑等智能终端性能的快速提升,以及智能硬件设备的应用普及,设备对存储器件的要求越来越高.华为P10闪存门更是把eMMC直接带入大家的视野,但是在eMMC广泛应用的同时,eMMC海量烧录的困境你真的知道吗?

NAND Flash下半年又要吃紧,又要涨价?

台湾NAND Flash控制芯片厂慧荣总经理苟嘉章表示,预期上半年NAND Flash将供过于求,价格呈现缓步下滑,到下半年因多家新款手机储存容量加大带动需求,市况可能略为吃紧,但不至于缺货。

Moore8直播课堂
电路方案