一段摘自《Linux设备驱动程序》的话：
每种外设都通过读写寄存器进行控制。大部分外设都有多个寄存器，不管是内存地址空间还是I/O地址空间，这些寄存器的访问地址都是连续的。
在硬件层，内存区域和I/O区域没有概念上的区别：它们都通过向地址总线和控制总线发送电平信号进行访问，在通过数据总线读写数据。一些CPU制造厂商在它们的芯片中使用单一的地址空间，而另一些则为外设保留了独立的地址空间，以便和内存区分开来。一些处理器（主要是X86家族的）还为I/O端口的读写提供了单独的线路，并且使用特殊的CPU指令访问端口。
I/O端口和I/O内存是两种概念上的方法，用以支持设备驱动程序和设备之间的通信。为使得各种不同的驱动程序彼此互不干扰，有必要事先为驱动程序分配端口和I/O内存范围。这确保几种设备驱动程序不会试图访问同样的资源。
6.6.1 资源管理
我们首先看看管理资源的数据结构和函数。
1. 树数据结构
Linux提供了一个通用框架，用于在内存中构建数据结构。这些结构描述了系统可用的资源，使得内核代码能够管理和分配资源。注意，其中关键的数据结构式resource，定义如下：
/* ./include/linux/ioport.h */ struct resource { resource_size_t start; resource_size_t end; // start 和 end 通常表示某个地址空间中的一个区域 const char *name; // 资源名称，实际与内核无关，只是在以可读形式输出资源列表（在proc文件系统中）时比较有用 unsigned long flags; // 更准确的描述资源及其当前状态 struct resource *parent, *sibling, *child; // 这3个指向resource的指针建立了一个树形层次的结构 };
树形结构中的资源管理
从上图可以发现，resource的parent、child、sibling成员的规则如下：
- 每个子结点只有一个父结点
- 一个父结点可以有人以数目的子结点
- 同一个父结点的所有子结点，会连接到兄弟结点连表上
在内存中，表示数据结构时，必须注意以下问题：
- 尽管每个子结点都有一个指针指向父结点，但父结点只有一个指针指向第一个子结点。所有其他子结点都通过兄弟结点访问链表。
- 指向父结点的指针同样可以为NULL，在这种情况下，说明已经没有更高层次的结点了。
如何将层次结构一年关于设备驱动程序呢？我们来考察一个系统总线的例子，其附接了一块网卡。网卡支持两个输出，每个都分配一块特定的内存区域，用于数据的输入和输出。总线自身也有一个I/O内存区域，其中一些部分由网卡使用。
该方案可以完美地融入到树形层次结构中。总线的内存区域理论上占用了0和1000之间的内存范围，充当根结点（最高的父结点）。网卡要求使用100和199之间的内存区域，这是根结点的一个子结点。网卡的子结点表示各个网络输出，分配I/O内存区分别为100到149和150到199.原来较大的资源区域被划分为了较小的部分，每次细分都表示了抽象模型中的一个层次。因此，子结点可用于将内存区划分为越来越小、功能越来越具体的部分。
2. 请求和释放资源
为确保可靠地配置资源，内核必须提供一种机制来分配和释放资源。一旦资源已经被分配，则不能由任何其他驱动程序使用。
请求和释放资源，无非是从资源树中添加和删除而已。
- 请求资源
内核提供了一个__request_resource函数，用于请求一个资源区域。这函数需要一系列参数，包括一个指向父结点的指针，资源区域的起始地址和结束地址，表示该区域名称的字符串。
/* ./kernel/resource.c */ /* Return the conflict entry if you can't request it */ static struct resource * __request_resource(struct resource *root, struct resource *new) { resource_size_t start = new->start; resource_size_t end = new->end; struct resource *tmp, **p; if (end < start) return root; if (start < root->start) return root; if (end > root->end) return root; // 判断要request source是否在root source的范围内 p = &root->child; for (;;) { // 连续地扫描现存资源，将新资源添加到正确的位置，或者发现与已分配区域的冲突 tmp = *p; if (!tmp || tmp->start > end) { // 在合适的位置插入 new->sibling = tmp; *p = new; new->parent = root; return NULL; } p = &tmp->sibling; // 仅仅遍历同一层次的兄弟结点，不会扫描更底层子结点的链表 if (tmp->end < start) continue; return tmp; } } /** * request_resource_conflict - request and reserve an I/O or memory resource * @root: root resource descriptor * @new: resource descriptor desired by caller * * Returns 0 for success, conflict resource on error. */ struct resource *request_resource_conflict(struct resource *root, struct resource *new) { struct resource *conflict; write_lock(&resource_lock); conflict = __request_resource(root, new); write_unlock(&resource_lock); return conflict; } /** * request_resource - request and reserve an I/O or memory resource * @root: root resource descriptor * @new: resource descriptor desired by caller * * Returns 0 for success, negative error code on error. */ int request_resource(struct resource *root, struct resource *new) { struct resource *conflict; conflict = request_resource_conflict(root, new); return conflict ? -EBUSY : 0; } EXPORT_SYMBOL(request_resource);
- 释放资源
static int __release_resource(struct resource *old) { struct resource *tmp, **p; p = &old->parent->child; for (;;) { // 遍历与old同一层的所有结点，发现与old相同的结点即old结点，删除该结点并链接链表 tmp = *p; if (!tmp) break; if (tmp == old) { *p = tmp->sibling; old->parent = NULL; return 0; } p = &tmp->sibling; } return -EINVAL; } /** * release_resource - release a previously reserved resource * @old: resource pointer */ int release_resource(struct resource *old) { int retval; write_lock(&resource_lock); retval = __release_resource(old); write_unlock(&resource_lock); return retval; }
6.6.2 I/O内存
资源管理还有一个很重要的方面是I/O内存的分配方式，因为在所有平台上这都是与外设通信的主要方法（IA-32除外，其中I/O端口更为主要）。
I/O内存不仅包括与扩展设备通信直接使用的内存区域，还包括系统中可用的物理内存和ROM存储器，以及包含在资源列表中的内存。
看下kernel 3.08的iomem信息：
root@paramount:/ # cat /proc/iomem
00000000-0fefffff : System RAM
00010000-005c7e73 : Kernel code
005c7e74-00770d87 : Kernel data
10003000-100030ff : jz-rtc.0
10003000-100030ff : jz-rtc
10020000-1002006f : dsp.0
10020000-1002006f : dsp
10030000-10030fff : jz-uart.0
10033000-10033fff : jz-uart.3
10050000-10050fff : jz-i2c.0
10051000-10051fff : jz-i2c.1
10052000-10052fff : jz-i2c.2
10071000-10071000 : dsp.1
10071000-10071000 : dsp
13040000-130407ff : galcore register region
13050000-130517ff : jz-fb.0
13050000-130517ff : jz-fb
13080000-13087fff : jz-ipu.0
13080000-13087fff : jz-ipu
13200000-132effff : jz-vpu.0
13300000-13350000 : ovisp-camera
13300000-13350000 : ovisp-camera
13420000-1342ffff : jz-dma
13420000-1342ffff : jz-dma
13450000-13450fff : jzmmc_v1.2.0
13460000-13460fff : jzmmc_v1.2.1
13500000-1353ffff : jz-dwc2
13500000-1353ffff : jz-dwc2
13500000-1353ffff : dwc2
arm或mips架构，对kernel而言，其实所有的系统资源就是memory，或者所有的系统资源就是iomem。
比如，以我们使用的mips32架构为例：
/* kernel/arch/mips/xburst/soc-m200/common/setup.c */ void __init plat_mem_setup(void) { /* jz mips cpu special */ __asm__ ( "li $2, 0xa9000000 " "mtc0 $2, $5, 4 " "nop " ::"r"(2)); /* use IO_BASE, so that we can use phy addr on hard manual * directly with in(bwlq)/out(bwlq) in io.h. */ set_io_port_base(IO_BASE); ioport_resource.start = 0x00000000; ioport_resource.end = 0xffffffff; iomem_resource.start = 0x00000000; iomem_resource.end = 0xffffffff; // iomem_resource是表示整个系统的memory空间，所有其他资源都是从属于该子资源的child或Grandson setup_init(); init_all_clk(); #ifdef CONFIG_ANDROID_PMEM /* reserve memory for pmem. */ board_pmem_setup(); #endif return; }
在使用I/O内存时，分配内存区域并不是所需的唯一操作。取决于总线系统和处理器类型，可能必须将扩展设备的地址空间映射到内核地址空间中，才能访问该设备（陈志伟软件I/O映射）。这是通过使用ioremap内核函数适当的设置系统页表而实现的，内核源代码中有若干不同地方使用了该函数，其定义与体系结构相关。同样地，提供了特定于体系结构的iounmap函数来解除映射。
在某种程度上，实现对进城页表的操作冗长而复杂。特别地，不同系统的实现有很大的差别，而且它对理解设备驱动程序并不重要，所以此处不再讨论其实现。一般地说，更重要的是：将一个物理地址映射到处理器的虚拟地址空间中，使得内核可以使用该地址。就设备驱动而言，这意味着扩展总线的地址空间映射到处理器的虚拟地址空间中，使得能够用普通内存访问函数操作总线/设备。
1. request_source分配内存区域 2. ioremap建立扩展总线地址空间到内核虚拟地址空间的映射。
通过上述两步，是否意味着在驱动程序中需要访问io时，可以直接对ioremap的指针进行反引用的？答案是否定的。
6.3.3 I/O端口
I/O端口是一种与设备和总线通信的流行方法，特别是在IA-32平台上。
可以使用 cat /proc/ioports 查看I/O端口。