MMIO 与 PMIO 技术

MMIO 技术 PMIO 是什么？

PMIO 全称为 port-mapped I/O，它使用专门为执行 I/O *** 作而设计的一类特殊 CPU 指令，如 x86 和 x86-64 架构中的 in 和 out 指令。I/O 设备有一个独立于通用内存的地址空间，可以通过 CPU 物理接口上的额外 I/O 引脚来实现。因为 I/O 的地址空间与主存的地址空间是隔离的，所以这有时被称为隔离 I/O。

优点：

1. I/O 端口地址不占用存储器空间；使用专门的 I／O指令对端口进行 *** 作，I/O指令短，执行速度快。
2. 由于使用专门的 I/O 指令访问端口，并且 I/O 端口地址和存储器地址是分开的，I/O 端口地址和存储器地址可以重叠，而不会相互混淆。

缺点：

1. cpu 需要设计单独的指令，实现相对复杂
2. 只能使用 EAX、AX 和 AL 寄存器来控制数据的读写，访问 I/O 设备需要很多条指令完成
3. 需要使用专用指令 *** 作 I/O 空间，不能使用通用的内存访问指令 *** 作，编码成本高

早期 cpu 位数与存储器空间较小，PMIO 不占用存储器空间的优势较大，随着处理器位数与存储器空间的扩展，PMIO 架构的这种优势逐渐丧失，MMIO 架构逐渐占据主流。

MMIO 是什么？

MMIO 全称为 Memory-mapped I/O，内存映射 I/O 对内存与 I/O 设备使用相同的地址空间寻址。I/O 设备的内存和寄存器被映射到统一的地址空间中。

在这种架构下，内存地址可以指代物理 RAM 的一部分，也可以指代I/O 设备的内存和寄存器。用于访问内存的 cpu 指令也可能用于访问外设 I/O 的内存和寄存器空间。

MMIO 的优点

1. MMIO 作为一种不同的 CPU 到设备通信方法，不会影响设备 DMA 过程
2. MMIO 丢弃了端口 I/O 带来的复杂性，cpu 需要更少的内部逻辑
3. MMIO 架构下，常规内存指令可用于访问 I/O 外设，CPU 的所有寻址模式都可用于 I/O 及内存。

MMIO 使用示例

linux 内核中使用 ioremap 来映射 I/O 物理内存，示例如下：

    gpio_base_addr = ioremap(GPIO_BASE_ADDR, 0x7000);

ioremap 映射完成后，读写 I/O 寄存器与普通的内存读写 *** 作一致，不需要使用专用代码，示例如下：

    unsigned int *base_addr;

    base_addr = (unsigned int *)(gpio_base_addr + offset);
    *base_addr &= ~(0x8 << 7);

MMIO 的方式下不访问 I/O 寄存器不需要使用任何特殊指令，访问 I/O 寄存器与访问普通内存空间一致。