13、Linux系统中I/O设备管理与驱动详解

Linux系统中I/O设备管理与驱动详解

1. I/O架构概述

为使计算机正常工作，需在CPU、RAM和众多I/O设备间建立数据通路，这些通路统称总线，是计算机内部的主要通信渠道。常见总线类型有ISA、EISA、PCI和MCA等。通常所说的总线由数据总线、地址总线和控制总线三种专用总线组成：
-数据总线：并行传输数据，如奔腾处理器的数据总线为64位。
-地址总线：并行传输地址，奔腾处理器的地址总线为32位。
-控制总线：向连接电路传输控制信息，如指定总线用于处理器与RAM或I/O设备间的数据传输，以及确定是读还是写操作。

当总线连接CPU和I/O设备时，称为I/O总线。80x86微处理器使用32位地址线中的16位来寻址I/O设备，使用64位数据线中的8、16或32位来传输数据。I/O总线通过I/O端口、接口和设备控制器等硬件组件与每个I/O设备相连。

1.1 I/O端口

每个连接到I/O总线的设备都有自己的I/O地址集，通常称为I/O端口。在IBM PC架构中，I/O地址空间提供多达65,536个8位I/O端口。两个连续的8位端口可视为一个16位端口，必须从偶数地址开始；两个连续的16位端口可视为一个32位端口，必须从4的倍数地址开始。CPU可通过in、ins、out和outs这四条特殊汇编语言指令对I/O端口进行读写操作。

I/O端口也可映射到物理地址空间的地址，现代硬件设备更适合映射I/O，因为它速度更快且可与DMA结合使用。为实现I/O编程的统一方法，每个设备的I/O端口被组织