轉自： http://blog.csdn.net/codectq/article/details/25658813
對於一個系統來講，會有很多的外設，那麼這些外設的管理都是通過CPU完成。那麼CPU在這個過程中是如何找到外設的呢？
儘管在一個系統中會有諸多的外設，在每個外設的接口電路中會有多個端口。但是如果系統能夠每個端口都被賦予一個具體的地址值，那麼在系統中就能輕易的找到任何一個外設。系統在管理的時候，不管是內存還是外設都需要分配一個內存地址。對於一個32bit的系統來講，可尋址的範圍爲2^32=4G的地址空間。
既然說到地址空間，就要明確地址空間的種類：物理地址、總線地址、虛擬地址。
（1）物理地址
CPU地址總線傳來的地址，由硬件電路控制其具體含義。物理地址中很大一部分是留給內存條中內存的，但也常被映射到其他存儲器上（如顯存、bios等）。在程序指令中的虛擬地址經過段映射和頁面映射後，就生成了物理地址，這個物理地址被放到CPU的地址線上。
（2）總線地址
總線的地址線或在地址週期上產生的信號。外設使用的是地址總線，cpu使用的是物理地址。
物理地址和總線地址之間的關係有系統設計決定的。在X86平臺上，物理地址就是總線地址，這是因爲它們共享相同的地址空間。在其他平臺上，可能需要轉換/映射。
（3）虛擬地址
現代操作系統普遍採用虛擬內存管理（virtual memory management）機制，這需要MMU的支持。MMU通常是CPU的一部分，如果處理器沒有MMU，或者有MMU但沒有啓用，CPU執行單元發出的內存地址將直接傳到芯片引腳上，被內存芯片（物理內存）接收，這成爲物理地址，如果處理器啓用了MMU,CPU執行單元發出的內存地址將被MMU截獲，從CPU到MMU的地址稱爲虛擬地址，而MMU將這個地址翻譯成另一個地址發到CPU芯片的外部地址引腳上，也就是講虛擬地址映射成物理地址。
linux中，進程的4GB內存分爲用戶空間和內核空間。用戶空間分佈爲1~3GB剩下的1GB爲內核空間。程序員只能使用虛擬地址。系統中每個進程有各自的私有用戶控件（0~3GB），這個空間對系統中的其他進程是不可見的。
編址方式
外設都是通過讀寫設備上的寄存器來進行工作的，外設寄存器也稱爲“IO端口”，而IO端口的編址方式有兩種，獨立編址和統一編址。
統一編址：外設接口中的IO寄存器（即IO端口）與主存單元一樣看待，每個端口占用一個存儲單元的地址，將主存的一部分劃出來用作IO地址空間。 統一編址的原理是將IO的端口地址存儲器尋址的地址空間範圍之內，此方法也成爲存儲器映像編址。CPU訪問一個端口的操作與訪問內存的操作相同，也使用訪問內存的指令。獨立編址是爲端口地址單獨開闢一部分地址空間，其訪問指令也需要使用單獨的指令（不同於內存訪問指令）。
根據CPU體系結構的不同，CPU對IO端口的編址方式有兩種：
（1）I/O映射方式（I/O-mapped）
典型地，如X86處理器爲外設專門實現了一個單獨的地址空間，稱爲"I/O地址空間"或者"I/O端口空間"，CPU通過專門的I/O指令（如X86的IN和OUT指令）來訪問這一空間中的地址單元。
（2）內存映射方式（Memory-mapped）
RISC指令系統的CPU（如ARM、PowerPC等）通常只實現一個物理地址空間，外設I/O端口成爲內存的一部分。此時，CPU可以象訪問一個內存單元那樣訪問外設I/O端口，而不需要設立專門的外設I/O指令。
但是，這兩者在硬件實現上的差異對於軟件來說是完全透明的，驅動程序開發人員可以將內存映射方式的I/O端口和外設內存統一看作是"I/O內存"資源。
一般來說，在系統運行時，外設的I/O內存資源的物理地址是已知的，由硬件的設計決定。但是CPU通常並沒有爲這些已知的外設I/O內存資源的物理地址預定義虛擬地址範圍，驅動程序並不能直接通過物理地址訪問I/O內存資源，而必須將它們映射到核心虛地址空間內（通過頁表），然後才能根據映射所得到的核心虛地址範圍，通過訪內指令訪問這些I/O內存資源。
void * __ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size, unsigned long flags)
入口： phys_addr：要映射的起始的IO地址；
size：要映射的空間的大小；
flags：要映射的IO空間的和權限有關的標誌；
功能： 將一個IO地址空間映射到內核的虛擬地址空間上去，便於訪問；
實現：對要映射的IO地址空間進行判斷，低PCI/ISA地址不需要重新映射，也不允許用戶將IO地址空間映射到正在使用的RAM中，最後申請一 個 vm_area_struct結構，調用remap_area_pages填寫頁表，若填寫過程不成功則釋放申請的vm_area_struct空 間；
意義：
比如isa設備和pci設備，或者是fb，硬件的跳線或者是物理連接方式決定了硬件上的內存影射到的cpu物理地址。
在內核訪問這些地址必須分配給這段內存以虛擬地址,這正是__ioremap的意義所在 ,需要注意的是,物理內存已經"存在"了,無需alloc page給這段地址了.
爲了使軟件訪問I/O內存,必須爲設備分配虛擬地址.這就是ioremap的工作.這個函數專門用來爲I/O內存區域分配虛擬地址(空間).對於直接映射的I/O地址ioremap不做任何事情。有了ioremap(和iounmap),設備就可以訪問任何I/O內存空間,不論它是否直接映射到虛擬地址空間.但是,這些地址永遠不能直接使用(指物理地址),而要用readb這種函數。
使用I/O內存首先要申請,然後才能映射,使用I/O端口首先要申請,或者叫請求,對於I/O端口的請求意思是讓內核知道你要訪問這個端口,這樣內核知道了以後它就不會再讓別人也訪問這個端口了.畢竟這個世界僧多粥少啊.申請I/O端口的函數是request_region,
申請I/O內存的函數是request_mem_region。request_mem_region函數並沒有做實際性的映射工作，只是告訴內核要使用一塊內存地址，聲明佔有，也方便內核管理這些資源。重要的還是ioremap函數，ioremap主要是檢查傳入地址的合法性，建立頁表（包括訪問權限），完成物理地址到虛擬地址的轉換。
使用方法：
內核中的使用，往往是爲某個設備預留一塊內存，當使用的時候需要在board中定義這個設備的內存resource。通過 platform_get_resource獲得設備的起始地址後，可以對其進行request_mem_region和ioremap等操作，以便應用程序對其進行操作。