地址分配和存储器映射

1、在嵌入式编程里，特别是32bit CPU里，各种各样五花八门的动作是CPU通过对外设的驱动来完成的.因为底层编程大部分工作就是外设编程。 CPU本身几乎每一种外设都是通过读写设备上的寄存器来进行操作的。外设寄存器也称为“I/O端口”，通常包括：控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类，而且一个外设的寄存器通常被连续地编址。注意，这里的外设是相对于CPU来讲的，比如S3C2440除了ARM920T的内核以外，还在同一块CPU里集成很多模块，这一些模块也称为外设。CPU对外设IO端口物理地址的编址方式 有两种：一种是I/O映射方式（I/Omapped）称为端口映射，另一种是存储空间映射方式（Mem

2、orymapped），称为内存映射。而具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。内存映射有些体系结构的CPU（如，PowerPC、m68k等）通常只实现一个物理地址空间（RAM）。在这种情况下，外设 I/O端口的物理地址就被映射到CPU的单一物理地址空间中，而成为存储空间的一部分。此时，CPU可以象访问一个内存单元那样访问外设I/O端口，而不需要 设立专门的外设I/O指令。这就是所谓的“存储空间映射方式”（Memorymapped）。ARM体系的CPU均采用这一模式.简而言之，就是内存（一般是SDRAM）与外设寄存器统一编址。端口映射而另外一些体系结构的CPU（典型地如X86）则为外设专门实现了

3、一个单独地地址空间，称为“I/O地址空间”或者“I/O端口空间”。这是一个 与CPU地RAM物理地址空间不同的地址空间，所有外设的I/O端口均在这一空间中进行编址。CPU通过设立专门的I/O指令（如X86的IN和OUT指 令）来访问这一空间中的地址单元（也即 I/O端口）。这就是所谓的“I/O映射方式”（I/Omapped）。与RAM物理地址空间相比，I/O地址空间通常都比较小，如x86 CPU的I/O空间就只有64KB（00xffff）。这是“I/O映射方式”的一个主要缺点。而且必须要专门的汇编语言才能处理.内存映射模式下，对寄存器的访问就是某一个地址的操作，因此C语言的指针即可完成此操作。

4、这样编程相当方便。Linux 最早是在在X86运行,对硬件地址采用端口映射，后来又扩展到ARM之类运行.为了简化操作,Linux在所以CPU上都采用I/O端口概念.如果是象ARM这样内存映射.也被模拟成端口.SOC的外设地址编址-对于S3C2440/S3C6410这种集成很多外设模块的SOC来说，外设的地址编址分成两种类型。一种是CPU内部集成的外设，这里物理地址是固定的。这个查CPU的DataSheet即可知道。另外一种是物理上与CPU分离的IC，如Nor Flash,SDRAM网络控制器，它们通过片选信号来确定自己的物理地址.还有一类IC的不直接映射到物理空间之上。这一类往往通过相应寄存器

5、来间接控制。不在此讨论之列内部模块固定地址比如S3C2440内部模块地址S3C6410的映射地址 外部模块地址分配在CPU上都会引出多个片选线。每一个片选线表示对应一个固定的地址范围，在术语上称为(Bank).以S3C2440为例，参见如下对应关系在硬件设计上，第一片的SDRAM的片选线接在nGCS36上，参考上表，这片SDRAM的物理地理就是0x30000000.DM9000的网络控制接在nGCS3这个硬件联线上，这样网络处理器的硬件地址起始地址在0x18000000.以S3C6410为为例，它的第一步选是片选线nGCS3,SDRAM的起始地址是0x5000000之上.软件如何读写外设-在内

6、存映射模式下。对于外设的访问实际就是对内存地址的访问.在C语言里，即指针操作。为了增加阅读性，往往采用如下的宏定义.#define rGPGCON (*(volatile unsigned *)0x56000060)/Port G control 这个宏定义非常之复杂，所以我经常用如下五个问题来问学生或者来面试讲师的人。1.为什么要用绝对地址,地址怎么来的？2. unsigned *表示什么？ 3.为什么要用unsigned? 4.最左边的*表示什么？5. volatile表示什么含意？6.完成同样一个功能，在不同字节序下，设置的寄存器的数字是不是一样?第一个问题比较好答.内存映射模式是直接内

7、存访问。编址的来源看上两节 2. unsigned *表示什么？ unsigned int 缩写, unsigned *表示取后面四个byte空间的宽度, 同理还有(*(volatile unsigned short *)0x56000060) 表示取后面两个字节空间。 3.为什么要用unsigned? 禁止算术移位，采用逻辑移位.因为嵌入式编程大量采用移位操作。如果用带符号，会形成算术移位，即最高位符号不参与移位，这是错误操作。 4.第一*表示什么？ 表取指针指向空间.*(unsigned *) 上述表达式相当如下代码的简写， int val; int * p = &val; *p = 0x

8、100000;5.volatile表示什么含意？ 其中volatile 是C的保留字,表禁止编译器对变量访问优化. 即源码中有多少读写操作，编译后生产多少机器操作指令.否则如下代码，将不产生指令 int a; a+ ; a- ;但是在硬件编程中，一次操作都可能表示特定含意.如果省略，往往出错。6.完成同样一个功能，在不同字节序下，设置的寄存器的数字是不是一样? 不一样，小端字节序是与手册相同顺序，即个数位表示第0位。大端字节序正好相反.基本操作向寄存器赋值 rGPBCON = 0x1000;向寄存器取值 unsigned int val =rGPBCON;位操作-置位操作把第0位置1rGPGC

9、ON | = 0x1;把第3位置1 rGPGCON |= 0x8;把第n位置1 rGPGCON |= (0x1 n);把第12，13位分别置1 rGPGON|= (0x3) 12;把第10,15位分别置1 rGPGON | = ( 0x01 10 ) | (0x01 15) ;把(0x0 n)表示什么含意？ rGPGON = (0x01 2) | (0x0 1) | (0x0 0);表示占位，对应位是默认值不变.位操作-清位操作 把第1位清0 rGPGCON &= (0x1);第3位清洗0 rGPGCON &= (0x8);第n位清0 rGPGCON &= (0x1 n);第12，13清0 rGPGCON &= (0x3 12);第10,15位清0 rGPGCON &= (0