Linux地址映射那些事，堪称初学者的噩梦！

在设备驱动程序的开发过程中，我们通常需要跟硬件地址打交道。在不带操作系统的嵌入式平台上（如51单片机，STM32等），我们是可以直接操作的是硬件物理地址。

但是在基于Linux的嵌入式平台上，我们想要直接控制硬件的地址基本是不可能的。操作系统操作的是虚拟地址，因此我们只有将物理地址映射成为虚拟地址才能对硬件进行操作。

我使用的硬件平台是树莓派Raspberry Pi 2 Model B，处理器芯片是BCM2836。我想用树莓派直接控制引脚电平高低（简单的GPIO操作）。官方没有提供BCM2837芯片手册，但是提供了BCM2835芯片手册。BCM2837架构是在BCM2835上做了改变，但是基本不变。BCM2835下载地址

我们从芯片手册中可以看出三个地址，分别是总线地址、ARM虚拟地址、ARM物理地址。我们下面对这三个地址进行一 一介绍。

总线地址

总线地址，顾名思义，是与总线相关的，就是总线的地址线或在地址周期上产生的信号， 外设使用的是总线地址。

物理地址与总线地址之间的关系是由系统的设计决定的。在x86平台上，物理地址与PCI总线地址是相同的。 在其他平台上，也许会有某种转换，通常是线性的转换。

物理地址

在存储器里以字节位单位存储信息，为正确地存放或取得信息，每一个字节单元给以一个唯一的存储器地址（Physical Address），又叫实际地址或绝对地址。

我们在对Linux系统中是无法直接对物理地址进行操作的，我们操作的都是虚拟地址，而虚拟地址和物理地址之间存在映射关系，具体如下图所示：

物理内存只有 512MB，虚拟内存有 4GB，那么肯定存在多个虚拟地址映射到同一个物理地址上去，虚拟地址范围比物理地址范围大的问题处理器自会处理。

Linux 内核启动的时候会初始化 MMU，设置好内存映射，设置好以后 CPU 访问的都是虚拟地址 。

在Linux中，虚拟地址和虚拟地址之间的映射是通过ioremap 和 iounmap 函数实现的。

虚拟地址

虚拟地址又称为逻辑地址，基于算法实现的软件层面的地址，物理地址通过MMU（分页管理系统）映射后得到的就是虚拟地址，虚拟地址也是我们在编写程序时使用最多的地址。

地址映射

我们通过上面的概念可以了解到虚拟地址向物理地址的映射是通过ioremap 和 iounmap 这两个函数实现的。

ioremap 函数

ioremap 函 数 用 于 获 取 指 定 物 理 地 址 空 间 对 应 的 虚 拟 地 址 空 间 ， 定 义 在arch/arm/include/asm/io.h 文件中，定义如下：

#define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size), 
MT_DEVICE)

void __iomem * __arm_ioremap(phys_addr_t phys_addr, size_t size, 
unsigned int mtype)
{
return arch_ioremap_caller(phys_addr, size, mtype,
__builtin_return_address(0));
}
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ioremap 是个宏，有两个参数：cookie 和 size，真正起作用的是函数__arm_ioremap，此函数有三个参数和一个返回值，这些参数和返回值的含义如下：

• phys_addr：要映射给的物理起始地址。
• size：要映射的内存空间大小。
• mtype：ioremap 的类型，可以选择 MT_DEVICE、MT_DEVICE_NONSHARED、MT_DEVICE_CACHED 和 MT_DEVICE_WC，ioremap 函数选择 MT_DEVICE。
• 返回值：__iomem 类型的指针，指向映射后的虚拟空间首地址。

iounmap 函数

卸载驱动的时候需要使用 iounmap 函数释放掉 ioremap 函数所做的映射，iounmap 函数原型如下：

void iounmap (volatile void __iomem *addr)
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iounmap 只有一个参数 addr，此参数就是要取消映射的虚拟地址空间首地址。

关于Linux地址映射的应用大家可以看我另一篇文章：树莓派编写GPIO驱动程序（详细教程）