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2023-11-22
深入剖析Linux内核与设备驱动：TI芯片地址映射实现详解
【摘要】：图4-24DM 3730物理空间设置IO空间映射的目的就是将这些物理地址映射到整个内核的地址空间中。首先来看ioremap虚拟地址返回是如何实现的。DM 3730等TI芯片就是通过该方法来实现该功能的。注意__arm_ioremap_caller使用的是vmalloc的空间进行映射，在相应版本内核中vmalloc的空间和TI芯片的IO映射空间是完全分开的，所以这里要直接返回相应的虚拟地址。
现在看看具体芯片在地址映射这部分是如何实现的。内存部分的映射完全可以通过启动参数以及一些宏定义实现。通过mem和vmalloc这两个内核提供的启动参数以及VMALLOC_START和VMALLOC_END两个宏，可以将lowmem和vmalloc的空间定下来。相关的宏定义DM 3730和DM 816X的内核代码如下：
vmalloc的空间是在lowmem之后的8MB开始的，当然vmalloc的空间不是随意大小的，会有最小空间的限制，默认限制如下：
当然相应的大小可以由启动参数vmalloc进行设置，但是也不能小于16MB。有了总的内存设置（启动参数mem），有了vmalloc空间的结束设置和最小空间限制，内存的映射基本就解决了。如果内存容量超出了这些空间，还有pkmap可以进行映射。当然之前说明新的内核中（DM 3730和DM 816X没有相应版本的实现）VMALLOC_END已经直接由ARM内核设定为0xff000000了，这样的调整对于实现没有太大的影响，因为这是地址空间的调整，具体映射的内容可以在映射模块内部解决兼容性的问题。
2.IO空间在内核中的映射
接下来的重点是IO空间的映射。首先，来看看DM 3730的物理空间是如何设置的，如图4-24所示。图4-24引自《DM 3730芯片手册》中第204页的表，由于表比较大，这里只截取一部分。
图4-24 DM 3730物理空间设置
IO空间映射的目的就是将这些物理地址映射到整个内核的地址空间中。下面来看看DM3730内核中映射关系是怎样的。在arch/arm/plat-omap/include/mach/io.h中定义映射关系如下：
可见映射是从0xf8000000开始的，正好是在vmalloc之后，这样就不会有空间重叠的问题。从物理地址的角度和图4-24中描述的地址也是吻合的，只是代码中每部分的空间只保留使用的部分，不像物理上预留了更多的空间。
有了这样的映射关系之后，就要解决两个问题：一个是ioremap如何返回正确的虚拟地址；另外一个就是实际的映射建立。(www.chuimin.cn)
首先来看ioremap虚拟地址返回是如何实现的。在ARM的io.h中有如下定义：
可见，可以通过定义特别的arch_ioremap来实现ioremap的重定向。DM 3730等TI芯片就是通过该方法来实现该功能的。下面来看看细节，在arch/arm/plat-omap/include/mach/io.h中有如下定义：
最终由omap_ioremap来实现ioremap的功能，看看omap_ioremap的代码就清楚了。代码如下：
其中所做的工作就是，如果是映射关系中的物理地址就直接转换为相应的虚拟地址并返回，否则就使用ARM内核提供的__arm_ioremap_caller进行映射。注意__arm_ioremap_caller使用的是vmalloc的空间进行映射，在相应版本内核中vmalloc的空间和TI芯片的IO映射空间是完全分开的，所以这里要直接返回相应的虚拟地址。新内核的iotable_init是通过vmal-loc空间的静态分配来将这部分地址在初始化的时候保留，这样就可以直接使用ARM内核的ioremap而不需要进行重定向了。新内核的该功能进一步减少了不同处理器之间的差别，减少了移植的工作量。
具体映射的建立则是从板级相关的初始化接口map_io开始。对于DM 3730相应的map_io为omap3_map_io，其内容如下：
重点是在omap34xx_map_common_io中，该函数及相关函数详细说明。其代码如下：
IO空间页表的映射是通过ARM内核提供的iotable_init实现的。映射之后就进行寄存器的访问以及片内RAM的初始化，片内RAM的初始化由于和内存管理相关，还是放在内存管理的实现中进行说明。而对于具体的映射属性是通过omap34xx_io_desc数组定义的，具体的数组内容可以通过实际代码来了解细节。
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2023-11-22
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