14、Linux 系统 I/O 设备管理与驱动详解

Linux 系统 I/O 设备管理与驱动详解

1. I/O 架构概述

计算机正常工作需要数据路径来实现 CPU、RAM 和 I/O 设备之间的信息流动，这些数据路径统称为总线，是计算机内部的主要通信通道。常见的总线类型有 ISA、EISA、PCI 和 MCA 等。

总线实际上由三种专用总线组成：
-数据总线：并行传输数据的线路组，如奔腾处理器的数据总线为 64 位。
-地址总线：并行传输地址的线路组，奔腾处理器的地址总线为 32 位。
-控制总线：向连接的电路传输控制信息的线路组，用于指定总线的数据传输方向和操作类型（读或写）。

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 总线通过硬件组件层次结构连接到每个 I/O 设备，包括 I/O 端口、接口和设备控制器。

1.1 I/O 端口

每个连接到 I/O 总线的设备都有自己的一组 I/O 地址，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 可以使用 in、ins、out 和 outs 这四条特殊的汇编语言指令来读写 I/O 端口。I/O