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驱动开发，为什么需要映射？

news 2025/9/24 7:20:47

核心概念：为什么需要映射？

PCI 设备通过 BAR（基地址寄存器）声明自己需要的内存或 I/O 空间。这些地址是物理地址，CPU 无法直接访问。必须先将这些物理地址映射到内核的虚拟地址空间，驱动程序才能通过指针访问硬件寄存器。

pci_iomap 和 pci_ioremap_bar 就是完成这个映射工作的函数。

pci_iomap

函数原型

#include <linux/pci.h>void __iomem *pci_iomap(struct pci_dev *dev, int bar, unsigned long maxlen);

参数详解

struct pci_dev *dev
- 指向要映射的PCI设备的结构体指针。
int bar
- 指定要映射的BAR的索引（0-5）。例如，bar=0表示映射BAR0。
unsigned long maxlen
- 要映射的最大长度（字节数）。
- 如果设为0，会映射整个BAR区域。
- 如果指定了长度，可以只映射BAR的一部分。

返回值

成功：返回指向映射区域的 void __iomem * 类型的指针。
失败：返回 NULL。

特点与注意事项

不检查BAR类型：pci_iomap 会映射无论是内存还是I/O空间的BAR。对于I/O端口的BAR，通常不应该使用内存映射方式访问。

需要手动判断BAR类型：调用者需要自己检查BAR是内存空间还是I/O空间：

if (pci_resource_flags(pdev, bar) & IORESOURCE_IO) {// 这是I/O端口，应该用pci_iomap_range()或in/out指令
} else {// 这是内存空间，可以用pci_iomap
}

灵活性：可以通过 maxlen 参数控制映射的长度。

使用示例

struct pci_dev *pdev;
void __iomem *regs;/* 映射BAR1的全部区域 */
regs = pci_iomap(pdev, 1, 0);
if (!regs) {dev_err(&pdev->dev, "Failed to map BAR1\n");return -ENOMEM;
}/* 使用映射的地址访问硬件 */
writel(0x12345678, regs + REG_CONTROL);  // 写入控制寄存器
u32 status = readl(regs + REG_STATUS);   // 读取状态寄存器

pci_ioremap_bar

函数原型

#include <linux/pci.h>void __iomem *pci_ioremap_bar(struct pci_dev *pdev, int bar);

参数详解

struct pci_dev *pdev
- 指向要映射的PCI设备的结构体指针。
int bar
- 指定要映射的BAR的索引（0-5）。

返回值

成功：返回指向映射区域的 void __iomem * 类型的指针。
失败：返回 NULL。

特点与优势

自动类型检查：pci_ioremap_bar 会自动检查BAR的类型。如果BAR是I/O端口空间（IORESOURCE_IO），它不会进行映射并返回NULL。
映射整个BAR：总是映射整个BAR区域，不能指定部分映射。
更安全：由于自动类型检查，减少了错误映射I/O端口的风险。
便捷性：接口更简洁，不需要指定长度参数。

使用示例

struct pci_dev *pdev;
void __iomem *regs;/* 映射BAR0 - 自动检查是否为内存空间 */
regs = pci_ioremap_bar(pdev, 0);
if (!regs) {// 失败原因可能是：内存不足、BAR是I/O端口、BAR未启用等dev_err(&pdev->dev, "Failed to map BAR0\n");return -ENOMEM;
}/* 访问硬件寄存器 */
iowrite32(0x55AA, regs + OFFSET_CONFIG);
u32 data = ioread32(regs + OFFSET_DATA);

两个函数的对比

特性	`pci_iomap`	`pci_ioremap_bar`
BAR类型检查	❌ 不检查，可能错误映射I/O空间	✅ 自动检查，只映射内存空间
映射范围	可指定长度（0=全部）	总是映射整个BAR
安全性	较低，需要手动检查类型	较高，内置安全检查
使用场景	需要部分映射时；明确知道BAR类型时	大多数情况下的首选
接口简洁性	需要三个参数	只需要两个参数

完整驱动代码示例

#include <linux/pci.h>
#include <linux/io.h>struct my_device {void __iomem *bar0_mem;void __iomem *bar2_mem;
};static int my_probe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *id)
{struct my_device *dev;int ret;/* 启用PCI设备 */ret = pci_enable_device(pdev);if (ret) return ret;/* 申请资源区域 */ret = pci_request_regions(pdev, "my_driver");if (ret) goto err_disable;/* 映射内存空间的BAR - 推荐使用pci_ioremap_bar */dev->bar0_mem = pci_ioremap_bar(pdev, 0);if (!dev->bar0_mem) {ret = -ENOMEM;goto err_release;}/* 如果需要部分映射，使用pci_iomap */dev->bar2_mem = pci_iomap(pdev, 2, 0x1000); // 只映射前4KBif (!dev->bar2_mem) {ret = -ENOMEM;goto err_unmap_bar0;}/* 设备初始化... */return 0;err_unmap_bar0:pci_iounmap(pdev, dev->bar0_mem);
err_release:pci_release_regions(pdev);
err_disable:pci_disable_device(pdev);return ret;
}static void my_remove(struct pci_dev *pdev)
{struct my_device *dev = pci_get_drvdata(pdev);/* 取消映射 */if (dev->bar2_mem)pci_iounmap(pdev, dev->bar2_mem);if (dev->bar0_mem)pci_iounmap(pdev, dev->bar0_mem);/* 释放资源 */pci_release_regions(pdev);pci_disable_device(pdev);
}

重要注意事项

必须先调用 pci_request_regions：在映射之前必须成功申请资源所有权。

使用正确的访问函数：映射后必须使用专门的I/O访问函数：

// 对于内存映射I/O（MMIO）
ioread8(), ioread16(), ioread32()
iowrite8(), iowrite16(), iowrite32()// 或者传统函数（取决于架构）
readb(), readw(), readl()
writeb(), writew(), writel()

不要直接使用指针：绝对不能直接解引用 void __iomem * 指针：
```
// 错误！
u32 value = *regs;// 正确！
u32 value = readl(regs);
```
配对使用 pci_iounmap：在驱动卸载时必须调用 pci_iounmap 来取消映射。