LINUX下PC104总线接口的内存映射
内存映射原理
内存映射原理
内存映射是一种将磁盘文件映射到内存的操作。
在内存中建立一个虚拟地址空间，该空间与磁盘文件相对应，使得我们可以像访问内存一样访问磁盘文件的内容。
内存映射的原理是通过将磁盘文件的内容映射到内存的一段连续地址空间中。
在内存中指定一个缓冲区，当对这个缓冲区进行读写操作时，实际上是在对磁盘文件进行读写操作。
读取该内存区域的数据时，由于数据已经在内存中，所以读取速度非常快。
内存映射的过程主要包括以下几个步骤：
1. 打开文件：使用文件操作相关的API函数打开需要映射到内存的文件。
2. 创建映射区域：使用内存映射相关的API函数，创建一个映射区域。
将文件的某个区域映射到内存。
3. 访问映射区域：获得映射到内存中的虚拟地址，可以直接对其进行读写操作，就像操作内存一样。
4. 保存修改：如果对映射区域进行了修改，需要使用相关的API函数将修改的内容保存回磁盘文件。
通过内存映射，可以实现大文件的快速读写，提高文件的访问速度。
此外，多个进程可以通过映射同一个文件，实现共享内
存的功能，简化进程间通信的实现。
但需要注意的是，对于大文件的内存映射可能会消耗大量的系统内存，需要进行适当的调优和管理。
基于Linux的PC104总线与CAN总线通信设计
基于Linux的PC104总线与CAN总线通信设计王俊生;蔡文澜;马宏绪【摘要】PC104嵌入式计算机在工业控制中得到了广泛应用,但不具备与CAN总线的通信能力,在CAN总线控制系统中,使用受到了限制.介绍了在Linux下PC104总线驱动程序的设计方法,并且以AVR单片机为协处理器,利用双端口RAM进行数据缓冲的方法,实现了PC104总线与CAN总线通信.该方案在实际工业控制系统中得到运用,运行稳定可靠.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)023【总页数】4页(P152-154,157)【关键词】PC104;CAN;Linux;驱动程序;AVR;CPLD【作者】王俊生;蔡文澜;马宏绪【作者单位】国防科学技术大学,机器人实验室,湖南,长沙,410073;国防科学技术大学,机器人实验室,湖南,长沙,410073;国防科学技术大学,机器人实验室,湖南,长沙,410073【正文语种】中文【中图分类】TP3111 引言PC104嵌入式工业计算机由于其小尺寸结构、堆栈式连接、轻松总线驱动的特点得到了广泛的应用。
现场总线领域中,CAN总线得到了计算机芯片商的广泛支持,他们纷纷推出直接带有CAN接口的微处理器(MCU)芯片。
带有CAN的MCU芯片总量已经达到1亿3 000万片,因此在接口芯片技术方面,CAN已经遥遥领先于FF,PROFIBUS,LONWORKS等其他所有现场总线。
但是PC104总线不能与CAN 总线直接通信,因此在CAN总线控制系统中难以运用。
针对以上问题,以AVR单片机为协处理器设计了PC104总线与CAN总线的转换卡并且考虑到PC104嵌入式工业计算机上通常运行Linux操作系统的特点,编写了转换卡Linux下PC104总线访问双口RAM的驱动程序。
该转换卡运用在工业控制系统中,实际表明可以稳定可靠地运行。
2 硬件部分PC104到CAN总线转换卡的硬件系统框图如图1所示。
内存映射的概念
内存映射的概念内存映射是计算机科学中的重要概念之一，它在操作系统和编程中扮演着重要的角色。
内存映射可以将磁盘上的文件映射到进程的地址空间中，使得进程可以像访问内存一样访问文件的内容。
这种机制对于处理大型文件、共享内存和提高性能具有很大的好处。
本文将详细探讨内存映射的概念、原理、应用和一些常见问题。
内存映射的原理内存映射的原理可以简要描述为将文件中的数据映射到进程的虚拟内存空间中。
通过这种映射，进程可以直接读取和写入文件的内容，而不需要通过标准的文件操作函数。
内存映射使用的是虚拟内存和分页机制。
操作系统将文件的某个区域映射到进程的虚拟地址空间中的一个或多个页上，当进程访问这些页时，操作系统会根据需要将数据载入内存或写回磁盘，实现文件和内存之间的快速访问。
内存映射的优势内存映射相比传统的文件操作函数有许多优势。
首先，内存映射消除了用户空间和内核空间之间的数据拷贝，减少了不必要的系统调用，提高了性能。
其次，内存映射可以提供更快的随机访问速度，因为访问文件数据就如同访问内存一样，无需寻道和读取整个文件。
此外，多个进程可以共享同一个文件的内存映射，这在处理大型数据集、共享内存和进程间通信等方面非常有用。
内存映射的应用1. 大型文件处理内存映射非常适用于处理大型文件，如视频文件、数据库文件等。
通过内存映射，可以将整个文件映射到内存中，然后使用指针和偏移量来访问文件的不同部分。
这样可以避免反复读取文件和分配缓冲区的开销，而且读写操作更高效。
2. 共享内存内存映射还常被用于进程间共享内存。
多个进程可以将同一个文件的某个区域映射到各自的内存空间中，这样它们就可以通过读写内存来进行通信。
这种方式比较高效，可以提供更快的数据传输速度和更简单的编程接口。
3. 动态链接库加载在操作系统中，内存映射也常用于动态链接库的加载和执行。
当一个进程需要调用某个动态链接库中的函数时，操作系统会将该库的某个区域映射到进程的地址空间中，这样进程就可以直接访问库中的代码和数据。
深入理解Linux内存映射机制
深入理解Linux内存映射机制创建时间：2008-08-31文章属性：原创文章提交：wzt (wzt_at_)深入理解Linux内存映射机制Author: wztEMail: wzt@Site: & /wzt85Date: 2008-6-13一. 绪论二. X86的硬件寻址方法三. 内核对页表的设置四. 实例分析映射机制一. 绪论我们经常在程序的反汇编代码中看到一些类似0x32118965这样的地址，操作系统中称为线性地址，或虚拟地址。
虚拟地址有什么用？虚拟地址又是如何转换为物理内存地址的呢？本章将对此作一个简要阐述。
1.1 Linux内存寻址概述现代意义上的操作系统都处于32位保护模式下。
每个进程一般都能寻址4G的物理空间。
但是我们的物理内存一般都是几百M，进程怎么能获得4G的物理空间呢？这就是使用了虚拟地址的好处，通常我们使用一种叫做虚拟内存的技术来实现，因为可以使用硬盘中的一部分来当作内存使用。
例外一点现在操作系统都划分为系统空间和用户空间，使用虚拟地址可以很好的保护内核空间被用户空间破坏。
对于虚拟地址如何转为物理地址,这个转换过程有操作系统和CPU共同完成. 操作系统为CPU设置好页表。
CPU通过MMU单元进行地址转换。
1.2 浏览内核代码的工具现在的内核都很大，因此我们需要某种工具来阅读庞大的源代码体系，现在的内核开发工具都选用vim+ctag+cscope浏览内核代码，网上已有现成的makefile文件用来生成ctags/cscope/etags。
一、用法：找一个空目录，把附件Makefile拷贝进去。
然后在该目录中选择性地运行如下make命令：$ make将处理/usr/src/linux下的源文件，在当前目录生成ctags, cscope注：SRCDIR用来指定内核源代码目录，如果没有指定，则缺省为/usr/src/linux/1) 只创建ctags$ make SRCDIR=/usr/src/linux-2.6.12/ tags2) 只创建cscope$ make SRCDIR=/usr/src/linux-2.6.12/ cscope3) 创建ctags和cscope$ make SRCDIR=/usr/src/linux-2.6.12/4) 只创建etags$ make SRCDIR=/usr/src/linux-2.6.12/ TAGS二、处理时包括的内核源文件：1) 不包括drivers，sound目录2) 不包括无关的体系结构目录3) fs目录只包括顶层目录和ext2，proc目录三、最简单的ctags命令1) 进入进入vim后，用:tag func_name跳到函数func_name2) 看函数（identifier）想进入光标所在的函数，用CTRL + ]3) 回退回退用 CTRL + T1.3 内核版本的选取本次论文分析，我选取的是linux-2.6.10版本的内核。
linux内存映射相关知识点
linux内存映射相关知识点说明：此文档综合了网上很多文章，并结合自己的分析，综合《情景分析》。
里面的代码是网上的，尚未亲自验证，有时间了好好搞搞，若用版权问题，请及时通知，务必删除，谢谢。
1.外设内存资源通常，在系统运行时，外设的I/O内存资源的物理地址是已知的，由硬件的设计决定。
2.CPU对外设内存资源的访问对外部设备的访问有两种不同的形式：I/O映射方式（I/O-mapped）典型地，如X86处理器为外设专门实现了一个单独的地址空间，称为"I/O地址空间"或者"I/O端口空间"，这个存储空间与内存分属两个不同的体系，CPU无法通过访问内存的指令而只能通过专门的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；内存映射方式（Memory-mapped）RISC指令系统的CPU（如ARM、PowerPC等）通常只实现一个物理地址空间，外设I/O端口成为内存的一部分。
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。
3.Linux下对外设内存资源的操作需要注意：CPU并没有为这些已知的外设I/O内存资源的物理地址预定义虚拟地址范围；Linux下，驱动程序并不能直接通过物理地址访问I/O内存资源，而必须将它们映射到核心虚地址空间内（通过页表），然后才能根据映射所得到的核心虚地址范围，通过访问内存指令访问这些I/O内存资源；Linux在io.h头文件中声明了函数ioremap()，用来将I/O内存资源的物理地址映射到核心虚地址空间（3GB－4GB）中，原型如下：[cpp] view plaincopyprintstatic inline void __iomem * ioremap (unsigned longoffset, unsigned long size){ return__ioremap(offset, size, 0); } 在将I/O 内存资源的物理地址映射成虚地址后，理论上讲我们就可以象读写RAM那样直接读写I/O内存资源了。
pc104总线协议
什么是PCI-104？为了弄清楚这个概念，让我们来看看堆栈型PC的历史。
最先产生的堆栈型PC是带有10 4针ISA堆栈总线的PC/104，之后产生的PC/104+则是在104针ISA堆栈总线的另一侧增加了120针的PC I堆栈总线。
而到了PCI-104，则去掉了104针的ISA堆栈总线，这就为嵌入式系统设计者在有限的板卡区域提供了更加充足的设计空间。
PCI-104是一个崭新的名词。
其实，“只带PCI堆栈总线的PC/104+”这样的概念早在PC/104+出现的时候就已经存在了。
国际PC/104协会技术委员会早就预见了此类板卡的发展前景，但命名的方式却极为拗口。
直到PC/104协会技术委员会制定了全新的PCI-104规范，PCI-104这个新名词才第一次出现。
有些人可能会认为，PCI-104的出现，将预示着ISA总线的终结。
这让我们回想起，在1992年PC/ 104规范发布的时候，也曾有人预言，ISA总线的末日到了；到了1997年，PC/104+规范发布的时候，又有人预言，ISA总线即将消失。
可是，直到现在，ISA总线不是还在存在吗！PCI-104会取代PC/104吗？也许会有这么一天。
但在将来相当长的一段时间里，大多数嵌入式生产厂商仍将会继续生产PC/104和PC/104+产品，以满足广大客户的需求。
但我们需要未雨绸缪，我们需要着手为将来PCI-104时代的到来做准备。
让我们先来看看PCI-104技术的优点。
PCI-104 和PC/104+相比，前者为嵌入式系统设计者提供了更加充裕的板卡空间。
对每一位嵌入式系统设计人者而言，能够在有限的板卡上拥有更多的设计空间，就可以将更多的额外功能、连接器和其它特有的技术加入到整个系统中，从而优化和升级整个系统。
美国RTD公司的SPM6020HR是世界上第一块采用PCI-104技术的嵌入式模块板。
该模块板采用了TI 公司的第六代DSP芯片TMS320C6202，通过PCI总线可与主机通信。
linux内存映射相关知识点
linux内存映射相关知识点说明：此文档综合了网上很多文章，并结合自己的分析，综合《情景分析》。
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1.外设内存资源通常，在系统运行时，外设的I/O内存资源的物理地址是已知的，由硬件的设计决定。
2.CPU对外设内存资源的访问对外部设备的访问有两种不同的形式：I/O映射方式（I/O-mapped）典型地，如X86处理器为外设专门实现了一个单独的地址空间，称为"I/O地址空间"或者"I/O端口空间"，这个存储空间与内存分属两个不同的体系，CPU无法通过访问内存的指令而只能通过专门的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；内存映射方式（Memory-mapped）RISC指令系统的CPU（如ARM、PowerPC等）通常只实现一个物理地址空间，外设I/O端口成为内存的一部分。
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。
3.Linux下对外设内存资源的操作需要注意：CPU并没有为这些已知的外设I/O内存资源的物理地址预定义虚拟地址范围；Linux下，驱动程序并不能直接通过物理地址访问I/O内存资源，而必须将它们映射到核心虚地址空间内（通过页表），然后才能根据映射所得到的核心虚地址范围，通过访问内存指令访问这些I/O内存资源；Linux在io.h头文件中声明了函数ioremap()，用来将I/O内存资源的物理地址映射到核心虚地址空间（3GB－4GB）中，原型如下：[cpp] view plaincopyprintstatic inline void __iomem * ioremap (unsigned longoffset, unsigned long size){ return__ioremap(offset, size, 0); } 在将I/O 内存资源的物理地址映射成虚地址后，理论上讲我们就可以象读写RAM那样直接读写I/O内存资源了。
操作系统中的内存映射机制
操作系统中的内存映射机制操作系统是计算机系统中的核心软件，它负责管理计算机硬件资源并提供各种服务接口，为用户提供方便的应用程序运行环境。
其中，内存管理是操作系统的一个重要功能，它负责管理计算机的内存资源，并提供内存分配、回收、保护等服务。
内存映射机制是内存管理的一个子系统，它将磁盘文件映射到内存中，并提供对文件的随机访问。
在操作系统中，内存映射机制是非常重要的，它让用户可以像访问内存一样访问文件，不需要读写文件的繁琐操作。
本文将介绍操作系统中的内存映射机制，包括几种不同的映射方式以及其实现原理。
一、内存映射的基本概念内存映射（Memory Mapping）指的是将硬盘上的文件映射到内存中的一种技术。
当文件被映射到内存中后，在用户程序中就可以像操作内存一样直接访问该文件，并且文件数据也可以被缓存到内存中，这样可以大大提高文件读写的效率。
在内存映射技术中，文件在内存中对应一个虚拟内存地址，访问该地址就相当于访问文件。
内存映射方式的选择决定了文件在内存中的存储方式和访问方式，不同的映射方式有不同的优缺点。
二、内存映射的实现方式1. 匿名内存映射（Anonymous Memory Mapping）匿名内存映射是将一块特定的内存区域映射到一个文件或者其他资源上，这个区域与其他进程共享，但不与任何文件相关联。
匿名内存映射的好处在于可以提供一块物理内存给多个进程同时访问，从而降低了系统开销。
在Linux系统中，可以使用mmap函数创建匿名内存映射：void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd,off_t offset);其中，addr参数指定了内存映射的起始地址，length参数指定了映射的长度，prot参数指定了内存保护模式，flags参数指定了映射的标志位，fd参数指定了被映射的文件描述符，offset参数则指定了文件映射的偏移量。
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接 口的硬件框图如 图 ｌ 所示。
３ Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 下 的 驱动 实现
设 备驱动程序用 以沟通硬件 和应用 软件 ，
它 封 装 了所 有 与 硬 件 相 关 的特 性 ， 向用 户 提 供
一
看设备管理器 的输入 ／ 输 出资源 列表 ，发现许
【 关键 词 】Ｇ Ｎ Ｕ ／ Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ Ｐ Ｃ １ ０ ４总线 设 备驱 动 呈 序 内存映射 多 的端 口已经被各种系统及配置资源 占用 ，留 给用户可 以直接使用的端 口其实并不很充裕 。
乏 活 的配 置 功 能 、成 熟 的标 准 体 系 结 构和 高 可
型：字符设备、块设备和网络设备 。字符设备
萑 性 ，广泛应用于商业 、工业 、航 空以及 军用 李 领域 ，是嵌入式应用领域的主导解决方案 。 Ｇ Ｎｕ／ Ｌ ｉ ｎ ｕ ） 【 是一 种 自由和开 放 源码 的类
不需要缓冲，直接读写设备 ，Ｐ Ｃ１ ０ ４ 接 口应用
本 文主要讲 述 了在 Ｇ Ｎ Ｕ ／ Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 平 台 下，利 用 Ｐ Ｃ １ ０ ４总 线 接 口实 现 用户本地 的连 续 ６ ４ Ｋ Ｂ 地 址空间。 设 备驱 动程 序 采用 内存 映射 的 方 法 实现 ，描 述 了实现设 备驱 动程 序的ｆ ｉ Ｉ ｅ — ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ结 构 中 的
个一致 的编程接 口。用户执 行一组标准 化的
调 用 ，驱 动 程 序 使用 内 核提 供 的规 范 的 文 件 系
统接 口，将这 些调用映射到实际的硬件设备操
这 些可 以直接 使用 的 端 口，对 于 许多使 作 上 。在 用 户 程 序 看 来 ，硬 件 设 备 只 是 个 “ 文
用 某些 固定地 址 的 Ｐ Ｃ １ ０ ４板卡 而言 ，也不会 件 ”，应用程序 可以像 操作 普通文件一样对硬
是典型的字符设备。字符设备驱动程序结构如
图 ２所 示 。
在 Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ内核 中，使 用 ｃ ｄ ｅ ｖ结构 描述 一
ＰＣｌ ０ ４
ＣＰＬＤ
ＵＳ ＥＲ
Ｓ Ｄ
［ １ ５ ： ０ ］
＜
一 ＞
Ｄａ ｔ ａ
＜
－一
＞
Ｄ［ １ ５ ： ０ ］ Ａ［ １ ５ ： ０ ］
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Ａｄ ｄ ｒ ｅ ｓ ｓ
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ｒ ｒ
ＲＥＳ ＥＴ
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引言
Ｐ Ｃ１ ０ ４是 一 种 应 用 于 嵌 入 式 控 制 现 场 的
有 问题 。但有些情况 下，用户 希望拥 有一段从 件 设备 进 行操 作 。 零 开始 的连 续地址 空 间， 比如 连续 的 ６ ４ Ｋ 地 址 空间，作为用户 的局 部地址 空间，这样 的端 口地址分配是无法满 足要求 的。如果采用 单个 端 口经 多级译码来 实现 用户空间地址 ，则会严 重影 响系统的性 能。 采 用Ｐ Ｃ１ ０ ４总 线 提 供 的 １ ６位 地 址 线 Ｓ Ａ０～ Ｓ Ａ１ ５ ， 配 合 存 储 器 读 写 信 号 线
Ｓ ＭＥ ＭＲ 撑和 Ｓ ＭＥ ＭＷ＃ ，就 可 以构 成 １ ６位 的 Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 内核 中 有 三 类 主 要 的 设 备 文 件 类 ３ ． １驱 动程 序 结构
亡业 计 算机 总 线 标 准， 被 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ协 会 定 义 为 Ｅ Ｅ Ｅ — Ｐ ９ ９ ６ ． １ 。Ｐ Ｃ１ ０ ４产 品 凭借 紧 凑 的 外形 、
ｔ ｈ ｅ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ・ 计算机技术应用
ｒ ｅ ａ ｄ （ ）
１
模块加载函数
，ｒ
量
， ｒ
ｗｒ ｉ ｔ ｅ （ ）
１ ＇
模 块 卸 载 函 数
计算机 技术应用 ・ ｔ ｈ ｅ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｌ Ｉ Ｎ Ｕ Ｘ下 Ｐ Ｃ１ ０ ４总线接 口的 内存映射
文／ 廖洪志
Ｕ ｎ ｉ ｘ操作 系统 ，广 泛安 装在各 种计 算机硬 件 用 户 的 局 部 地 址 空 间 ，并 且 是 从 零 开 始 的 连 续
ｍ ｍ ａ ｐ方 法 。
设备中，是世界上使用最多的一种类 Ｕ ＮＩ Ｘ 操 作 系统。
６ ４ ＫＢ的地 址空 间，这在 实际应用 中非常有 意
义。
２ Ｐ Ｃ １ ０ ４ 总线接 口设计
尽管 Ｐ Ｃ１ ０ ４总线支持 ６ ４ Ｋ Ｂ的Ｉ ／ Ｏ端 口， 也就是 １ ６条 地址线 ，但 实际 能提供给 用户使 用 的地 址空 间被限制在 １ ０ ２ ４个端 口。通过查
ｒ ｒ
ＣＬＫ
ＢＣＬ Ｋ
■
ｒ
图１ ：Ｐ Ｃ ｌ ０ ４用户接 口逻辑框 图
１ ９ ４ ・ 电子 技术 与软 件工 程
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ＆Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
，ｒ
１
ｒ
厘
旺
耋
ｉ ｏ ｃ ｔ ｌ ０ ’ ’ ＇ ｄ ｅ ｖ 一 ｔ ’ ’ ＇
＞
０
施
仆
１＇
ｆ ｉ ｌ ｅｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ
＿
１
图２ ：字符设备驱动程序结构
个 字符 设备 ，ｄ ｅ ｖ ｔ 成 员定义 设备 号，ｅ ｄ ｅ ｖ结 构 中 的文件 操作 结构 ｆ ｉ ｌ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ定义 了字 符 设备驱动提供给虚拟文件 系统 的接 口函数， 是虚拟 文件系统的标准接 口，内核通过该接 口 访 问设 备驱动程序的函数 。 ｉ ｆ ｌ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ结构 中 的函 数指 针成 员 是