§1.1include/linux/io.h:readl/writel、ioremap
平台:QEMUvirt+ ARM64。
1. 这条要明白什么
ioremap 笔记回答「为什么必须开窗」。本条回答「窗开好了,C 代码写哪几个接口」。
phys = DT reg(virt UART 常见 0x09000000) base = ioremap / devm_ioremap_resource() 开窗 → void __iomem * val = readl(base + OFFSET) 读 32 位 writel(val, base + OFFSET) 写 32 位*(u32 *)base不行:编译器可能删/合并访问,乱序 CPU 上写控制、写数据可能在总线上颠倒,也不标明这是 MMIO。
2. 为什么linux/io.h里看不见这三个名字
include/linux/io.h是驱动的入口头,自己只多了devm_ioremap*、memremap等。裸接口在第 14 行拉进来:
#include<asm/io.h>ARM64 上这就是arch/arm64/include/asm/io.h。它先定义本架构积木,再包含通用层:
#include<asm-generic/io.h>/* 约第 294 行 */驱动看到的名字在include/asm-generic/io.h:
| 接口 | 约行 | 干什么 |
|---|---|---|
readl | 217 | 便携读 32 位 MMIO |
writel | 273 | 便携写 32 位 MMIO |
ioremap | 1058 | inline:ioremap_prot(addr, size, _PAGE_IOREMAP) |
关联方式是编译期#include拼头文件,不是运行时函数表。generic 里用#ifndef readl:架构若自己提供了同名接口就跳过,否则用这套默认实现。ARM64 选择提供__raw_*+ barrier,让 generic 去搭readl。
驱动 #include <linux/io.h> │ ▼ arch/arm64/include/asm/io.h │ __raw_readl / __raw_writel / __io_ar / __io_bw │ _PAGE_IOREMAP = PROT_DEVICE_nGnRE ▼ include/asm-generic/io.h │ readl / writel / ioremap ▼ ioremap_prot() → generic_ioremap_prot() (C,见 ioremap 笔记) __raw_readl() → ldr (汇编)3.readl/writel:包装后的 load/store
CPU 访问 MMIO 本来就只有 load/store。包装层把架构差异藏起来。
3.1readl
readl(addr) asm-generic/io.h:217 __io_br() ARM64 上几乎为空 val = le32_to_cpu(__raw_readl(addr)) │ └── ldr Wt, [Xn] arch/arm64/include/asm/io.h (部分 CPU 用 ldar 规避 erratum) __io_ar(val) dma_rmb + 控制依赖,读完再让后面的指令排上去 return val3.2writel
writel(value, addr) asm-generic/io.h:273 __io_bw() dma_wmb:先让前面的写对设备可见 __raw_writel(cpu_to_le32(value), addr) │ └── str Wt, [Xn] __io_aw() ARM64 上几乎为空相对直接*,多了三件事:
volatile+asm volatile:这次访问必须发生,不能被优化掉。- barrier:多核乱序下保证「先写 A 再写 B」的程序顺序,对设备也成立。
- 小端:MMIO 按 little-endian 解释(
le32_to_cpu/cpu_to_le32)。
宽度:readb/writeb(8)、readw/writew(16)、readl/writel(32)、readq/writeq(64)。readl_relaxed/writel_relaxed少屏障、更快,顺序弱;默认用带屏障的版本。
x86 同一套readl会换成别的访存指令;驱动源码不用改。这就是「generic + asm 积木」的意义。
4.ioremap不是汇编
asm-generic/io.h里(CONFIG_GENERIC_IOREMAP,ARM64 已选):
staticinlinevoid__iomem*ioremap(phys_addr_taddr,size_tsize){returnioremap_prot(addr,size,_PAGE_IOREMAP);}ARM64_PAGE_IOREMAP=PROT_DEVICE_nGnRE。之后整条是你已经梳过的 C 路径:门禁 → 占 vmalloc 窗口 → 填页表。返回的虚拟地址,才是上面ldr/str的Xn。
两条线在__iomem *碰头:
ioremap(phys) 改页表,得到 vaddr (C) readl(vaddr) ldr [vaddr] → MMU → 物理寄存器linux/io.h里驱动更该用的映射接口:
devm_ioremap()/devm_iounmap():绑在struct device上,卸载自动拆映射- 新代码优先
devm_platform_ioremap_resource()(1.2 / 1.3),最后仍进ioremap_prot - virt PL011:
amba-pl011.c的devm_ioremap_resource(dev, mmiobase)
裸ioremap必须自己iounmap;probe失败路径容易漏。
memremap是给「这段物理 RAM 要按指定缓存属性映射」用的,不是 UART 那种 Device MMIO。本条知道名字即可。
5. 用 virt UART 串起来
DT uart@9000000 { reg = <0x09000000 0x1000>; } │ ▼ probe:devm_ioremap_resource() → ioremap() → ioremap_prot() → generic_ioremap_prot() → 页表:某 vaddr → 0x09000000,Device 属性 │ ▼ readl(base + UARTDR) → ldr [base+UARTDR] → MMU → 物理 0x09000000 + UARTDR → PL011 数据寄存器没有 ioremap,ldr没有合法内核虚拟地址。没有readl,开了窗也会被编译器/乱序搞错。清单把二者写在同一条,就是这套完整用法。