物理地址映射是什么

　　为了保证CPU执行指令时可正确访问存储单元，需将用户程序中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址，这一过程称为地址映射。那么物理地址映射是什么呢?下面大家跟着学习啦小编一起来了解一下吧。

　　物理地址映射方法

　　一般情况下，Linux系统中，进程的4GB内存空间被划分成为两个部分------用户空间和内核空间，大小分别为0~3G，3~4G。

　　用户进程通常情况下，只能访问用户空间的虚拟地址，不能访问到内核空间。

　　每个进程的用户空间都是完全独立、互不相干的，用户进程各自有不同的页表。而内核空间是由内核负责映射，它并不会跟着进程改变，是固定的。内核空间地址有自己对应的页表，内核的虚拟空间独立于其他程序。

　　3~4G之间的内核空间中，从低地址到高地址依次为：物理内存映射区—隔离带—vmalloc虚拟内存分配区—隔离带—高端内存映射区—专用页面映射区—保留区。

　　【内核空间内存动态申请】

　　主要包括三个函数：kmalloc(), __get_free_pages, vmalloc。

　　kmalloc(), __get_free_pages申请的内存位于物理地址映射区，而且在物理上也是连续的，它们与真实的物理地址只有一个固定的偏移，因此存在较简单的转换关系。而vmalloc申请的内存位于vmalloc虚拟内存分配区(这些区都是以线性地址为度量)，它在虚拟内存空间给出一块连续的内存区，实质上，这片连续的虚拟内存在物理内存中并不一定连续，而vmalloc申请的虚拟内存和物理内存之间也没有简单的换算关系。

　　因为vmalloc申请的在虚拟内存空间连续的内存区在物理内存中并不一定连续，可以想象为了完成vmalloc，新的页表需要被建立，因此，知识调用vmalloc来分配少量内存是不妥的。

　　一般来讲，kmalloc用来分配小于128K的内存，而更大的内存块需要用vmalloc来实现。

　　【虚拟地址与物理地址关系】

　　对于内核物理内存映射区的虚拟内存(用kmalloc(), __get_free_pages申请的)，使用virt_to_phys()和phys_to_virt()来实现物理地址和内核虚拟地址之间的互相转换。它实际上，仅仅做了3G的地址移位。

　　上述方法适用于常规内存(内核物理内存映射区)，高端内存的虚拟地址与物理地址之间不存在如此简单的换算关系。因为它涉及到了分离物理页的页表控制机制。

　　【ioremap】

　　在ARM中，设备的寄存器或者存储块的这部分空间属于内存空间的一部分，我们称之为IO内存。

　　在内核中访问IO内存之前，我们只有IO内存的物理地址，这样是无法通过软件直接访问的，需要首先用ioremap()函数将设备所处的物理地址映射到内核虚拟地址空间(3GB~4GB)。然后，才能根据映射所得到的内核虚拟地址范围，通过访问指令访问这些IO内存资源。

　　在将I/O内存资源的物理地址映射成核心虚地址后，理论上讲我们就可以象读写RAM那样直接读写I/O内存资源了。为了保证驱动程序的跨平台的可移植性，我们应该使用Linux中特定的函数来访问I/O内存资源，而不应该通过指向核心虚地址的指针来访问。

　　【mmap】

　　用mmap映射一个设备，意味着使用户空间的一段地址关联到设备内存上，这使得只要程序在分配的地址范围内进行读取或者写入，实际上就是对设备的访问。这种数据传输是直接的，不需要用到内核空间作为数据转移的中间站。

　　remap_page_range函数的功能是构造用于映射一段物理地址的新页表，实现了内核空间与用户空间的映射。

　　在内核驱动程序的初始化阶段，通过ioremap()将物理地址映射到内核虚拟空间;在驱动程序的mmap系统调用中，使用remap_page_range()将该块ROM映射到用户虚拟空间。这样内核空间和用户空间都能访问这段被映射后的虚拟地址。

　　Ioremap：

　　进程空间ç内核空间çIO内存

　　其中，后面两个指的是同一段物理内存区域，只是一个为虚拟地址，一个为物理地址。进程空间和内核空间对应着不同的物理地址，它们之间的数据传递，是实际的数据的拷贝。

　　Mmap：

　　进程空间çIO内存

　　其中，进程空间mmap得到的那段虚拟地址跟IO内存对应着同一段物理地址。这个过程没有额外的数据中转，读写都直接针对硬件的物理地址进行。

　　一般来讲，小数据量的传输用ioremap()就足够了，

　　【IO内存的一般访问方法】

　　1. 首先是调用request_mem_region()申请资源，即告诉内核，本驱动正在使用这段物理内存，其他驱动不得访问它们。在设备驱动模块加载或open()函数中进行。

　　2. 接着讲寄存器地址通过ioremap()映射到内核空间虚拟地址，之后就可以通过Linux设备访问编程接口访问这些设备的寄存器了。在设备驱动初始化、write(),read(),ioctl()函数中进行。

　　3. 访问完成之后，应对ioremap()申请的虚拟地址进行释放，并释放release_mem_region()申请的IO内存资源。在设备驱动模块卸载或release()函数中进行。

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