学习Linux内核小记 第2页(3)

　　三、设备驱动程序中的一些具体问题
　　1. I/O Port.
　　和硬件打交道离不开I/O Port，老的ISA设备经常是占用实际的I/O端口，在linux下，操作系统没有对I/O口屏蔽，也就是说，任何驱动程序都可对任意的I/O口操作，这样就很容易引起混乱。每个驱动程序应该自己避免误用端口。
　　有两个重要的kernel函数可以保证驱动程序做到这一点。
　　1）check_region(int io_port， int off_set)
　　这个函数察看系统的I/O表，看是否有别的驱动程序占用某一段I/O口。
　　参数1：io端口的基地址，
　　参数2：io端口占用的范围。
　　返回值：0 没有占用， 非0，已经被占用。
　　2）request_region(int io_port， int off_set，char *devname)
　　如果这段I/O端口没有被占用，在我们的驱动程序中就可以使用它。在使用之前，必须向系统登记，以防止被其他程序占用。登记后，在/proc/ioports文件中可以看到你登记的io口。
　　参数1：io端口的基地址。
　　参数2：io端口占用的范围。
　　参数3：使用这段io地址的设备名。
　　在对I/O口登记后，就可以放心地用inb()， outb()之类的函来访问了。
　　在一些pci设备中，I/O端口被映射到一段内存中去，要访问这些端口就相当于访问一段内存。经常性的，我们要获得一块内存的物理地址。在dos环境下，（之所以不说是dos操作系统是因为我认为DOS根本就不是一个操作系统，它实在是太简单，太不安全了）只要用段：偏移就可以了。在window95中，95ddk提供了一个vmm 调用 _MapLinearToPhys，用以把线性地址转化为物理地址。但在Linux中是怎样做的呢？
　　2.内存操作
　　在设备驱动程序中动态开辟内存，不是用malloc，而是kmalloc，或者用get_free_pages直接申请页。释放内存用的是kfree，或free_pages. 请注意，kmalloc等函数返回的是物理地址！而malloc等返回的是线性地址！关于kmalloc返回的是物理地址这一点本人有点不太明白：既然从线性地址到物理地址的转换是由386cpu硬件完成的，那样汇编指令的操作数应该是线性地址，驱动程序同样也不能直接使用物理地址而是线性地址。但是事实上kmalloc返回的确实是物理地址，而且也可以直接通过它访问实际的RAM，我想这样可以由两种解释，一种是在核心态禁止分页，但是这好像不太现实；另一种是linux的页目录和页表项设计得正好使得物理地址等同于线性地址。我的想法不知对不对，还请高手指教。
　　言归正传，要注意kmalloc最大只能开辟128k-16，16个字节是被页描述符结构占用了。kmalloc用法参见khg.
　　内存映射的I/O口，寄存器或者是硬件设备的RAM(如显存)一般占用F0000000以上的地址空间。在驱动程序中不能直接访问，要通过kernel函数vremap获得重新映射以后的地址。
　　另外，很多硬件需要一块比较大的连续内存用作DMA传送。这块内存需要一直驻留在内存，不能被交换到文件中去。但是kmalloc最多只能开辟128k的内存。
　　这可以通过牺牲一些系统内存的方法来解决。
　　具体做法是：比如说你的机器由32M的内存，在lilo.conf的启动参数中加上mem=30M，这样linux就认为你的机器只有30M的内存，剩下的2M内存在vremap之后就可以为DMA所用了。
　　请记住，用vremap映射后的内存，不用时应用unremap释放，否则会浪费页表。
　　3.中断处理
　　同处理I/O端口一样，要使用一个中断，必须先向系统登记。
int request_irq(unsigned int irq ，
void(*handle)(int，void *，struct pt_regs *)，
unsigned int long flags，
const char *device);
irq: 是要申请的中断。
handle：中断处理函数指针。
flags：SA_INTERRUPT 请求一个快速中断，0 正常中断。
device：设备名。
　　如果登记成功，返回0，这时在/proc/interrupts文件中可以看你请求的中断。
　　4.一些常见的问题。
　　对硬件操作，有时时序很重要。但是如果用C语言写一些低级的硬件操作的话，gcc往往会对你的程序进行优化，这样时序就错掉了。如果用汇编写呢，gcc同样会对汇编代码进行优化，除非你用volatile关键字修饰。最保险的办法是禁止优化。这当然只能对一部分你自己编写的代码。如果对所有的代码都不优化，你会发现驱动程序根本无法装载。这是因为在编译驱动程序时要用到gcc的一些扩展特性，而这些扩展特性必须在加了优化选项之后才能体现出来。