Linux系统中的地址映射

2023-12-23 06:40:32

一.? 简介

在前面的裸机开发实验 LED灯实验中 ，其实就是操作 IMX6ULL芯片的寄存器。

Linux 驱动开发也可以操作寄存器，但是，Linux不能直接对寄存器物理地址进行读写操作，例如，寄存器 A的物理地址为 0X01010101。?裸机开发时可以直接对 0X01010101这个物理地址进行操作，但是，Linux 开发则不行。因为 Linux会使能 MMU。

MMU 全称叫做 Memory Manage Unit，也就是内存管理单元。在老版本的 Linux 中要求处理器必须有 MMU，但是现在 Linux 内核已经支持无 MMU 的处理器了。

二.? Linux系统中的地址映射

1.? MMU(即内存管理单元)

MMU也就是内存管理单元。主要完成的功能如下：

①? 完成虚拟空间到物理空间的映射。
②? 内存保护，设置存储器的访问权限，设置虚拟存储空间的缓冲特性。
地址映射

我们重点来看一下第 ① 点，也就是虚拟空间到物理空间的映射，也叫做地址映射。

首先了
解两个地址概念：虚拟地址 (VA,Virtual Address) 、物理地址 (PA ， PhyscicalAddress) 。对于 32 位
的处理器来说，虚拟地址范围是 2^32=4GB ，我所使用的开发板DDR3的容量是 256MB ，这? 256MB 的 内存就是物理内存，经过 MMU 可以将其映射到整个 4GB 的虚拟空间。
注意：不单单是 DDR，外设的寄存器的地址也是物理地址！！
如下图 所示：

物理内存只有 512MB ，虚拟内存有 4GB ，那么肯定存在多个虚拟地址映射到同一个物理地址上去，虚拟地址范围比物理地址范围大的问题处理器自会处理，这里我们不要去深究，因为 MMU 是很复杂的一个东西。

2.? 内存映射涉及函数

Linux 内核启动的时候会初始化 MMU ，设置好内存映射，设置好以后 CPU 访问的都是虚
拟 地 址 。
例如， I.MX6ULL 的 GPIO1_IO03 引 脚 的 复 用 寄 存 器 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 的地址为 0X020E0068 。如果没有开启 MMU 的话， 直接向 0X020E0068 这个寄存器地址写入数据就可以配置 GPIO1_IO03 的复用功能。
现在开启 了 MMU ，并且设置了内存映射，因此，就不能直接向 0X020E0068 这个地址写入数据了。我们必 须得到 0X020E0068 这个物理地址在 Linux 系统里面对应的虚拟地址。
这里就涉及到了物理内 存和虚拟内存之间的转换，需要用到两个函数： ioremap()函数 和 iounmap 函数。

ioremap 函数

ioremap 函 数 用 于 获 取 指 定 物 理 地 址 空 间 对 应 的 虚 拟 地 址 空 间 ， 定 义 在
arch/arm/include/asm/io.h 文件中，定义如下： 
#define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size), 
MT_DEVICE)

void __iomem * __arm_ioremap(phys_addr_t phys_addr, size_t size, 
unsigned int mtype)
{
 return arch_ioremap_caller(phys_addr, size, mtype,
 __builtin_return_address(0));
}

ioremap 是个宏，有两个参数： cookie 和 size ，真正起作用的是函数 __arm_ioremap ，此函
数有三个参数和一个返回值，这些参数和返回值的含义如下：
phys_addr ：要映射给的物理起始地址。
size ：要映射的内存空间大小。
mtype ： ioremap 的类型，可以选择 MT_DEVICE 、 MT_DEVICE_NONSHARED 、
MT_DEVICE_CACHED 和 MT_DEVICE_WC ， ioremap 函数选择 MT_DEVICE 。
返回值： __iomem 类型的指针，指向映射后的虚拟空间首地址。

iounmap 函数

卸载驱动时，需要使用 iounmap 函数释放掉 ioremap 函数所做的映射， iounmap 函数原
型如下： 
void iounmap (volatile void __iomem *addr)
iounmap 只有一个参数 addr ，此参数就是要取消映射的虚拟地址空间首地址。

三.? 举例说明

假如，我们要获取 I.MX6ULL 的 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 寄存器对应
的虚拟地址，使用如下代码即可： 
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068)
static void __iomem* SW_MUX_GPIO1_IO03;
SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);
宏 SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE 是寄存器物理地址， SW_MUX_GPIO1_IO03 是映射后
的虚拟地址。对于 I.MX6ULL 来说一个寄存器是 4 字节 (32 位 ) 的，因此映射的内存长度为 4 。
映射完成以后直接对 SW_MUX_GPIO1_IO03 进行读写操作即可。

假如，我们现在要取消掉 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 寄存器的地址映射，使用如下代码 即可： 
iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);

这里了解 Linux地址映射，主要为 LED灯驱动开发准备。

文章来源:https://blog.csdn.net/wojiaxiaohuang2014/article/details/135163048
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