原创 Windows CE 下I/O操作基础

对外设进行 I/O 操作实际上也就是读写外设的寄存器,而我们通常使用的X86或者ARM处理器在硬件上决定了wince系统启动后,无法直接访问物理地址,因此需要做一些工作来实现I/O操作.<?xml:namespace prefix = o />

首先要理解 windows CE 下的地址映射机制。 wince有两种地址：物理地址和虚拟地址．不同架构的 CPU 硬件上的区别导致地址映射也不同。ＭＩＰＳ和ＳＨ x 处理器，不采用ＭＭＵ，直接在ＣＰＵ和内核里定义 1G 的物理地址；而Ｘ８６和ＡＲＭ带有 MMU 单元，在 OEMAddressTable 中定义物理地址到虚拟地址间的映射关系或者是ＯＳ启动后调用 CreateStaticMapping 和 NKCreateStaticMapping 来实现从虚拟地址到物理地址的静态映射．经过静态映射的地址，可以由操作系统内核用于 ISR 访问设备。如果我们要在应用程序中访问外设，必须在物理地址和虚拟地址间建立动态映射关系，我们可以使用 VirtualAlloc 和 VirtualCopy （或者直接调用 MmmapIoSpace 函数）来实现。

其次，如果是操作通过总线挂接的 I/O 或者存储器，必须先把总线地址转化成 CPU 上的系统地址，再做物理地址到虚拟地址的映射。这里需要查 CPU 的 Datasheet ，找出所要操作的I/O地址.先调用 HALTranslateBusAddress( )把总线地址转化成CPU上的系统地址, 再调用 MmmapIoSpace 函数实现虚实映射；也可以使用 TransBusAddrToVirtual（）直接把总线上的地址转化成系统的虚拟地址。

第三，在一般的应用程序中访问 I/O 是访问它的缓存段虚拟地址，而驱动中必须访问无缓存段虚拟地址。简单来说无缓存段虚拟地址 = 缓存段虚拟地址 +0x20000000 。

    总结起来，如果是 wince 内核(如HAL)访问外部 I/O ，只需要在 OEMAddressTable 中定义物理地址到虚拟地址间的映射关系就可以了；如果是应用程序或者驱动要访问 I/O ，要做的工作包括： 1 。在 CPU 物理地址和虚拟地址间做一个动态映射， 2 。对虚拟地址进行操作。

在X86和ARM架构的CPU中,wince访问系统内存的方法随程序所属模式层次的不同而有所区别.
  1.在系统内核模式下(kernel mode),在OAL层访问,只需要在OEMAddressTable 中做静态的虚实地址映射就可以了.例如X86架构的映射表格式如下:
   ; OEMAddressTable defines the mapping between Physical and Virtual Address  // 定义4GB的虚拟地址和512MB存储的映射关系
   ;   o MUST be in a READONLY Section
   ;   o First Entry MUST be RAM, mapping from 0x80000000 -> 0x00000000
   ;   o each entry is of the format ( VA, PA, cbSize )
   ;   o cbSize must be multiple of <?xml:namespace prefix = st1 />4M
   ;   o last entry must be (0, 0, 0)
   ;   o must have at least one non-zero entry
   ; RAM 0x80000000 -> 0x00000000, size 64M       //把物理地址为0x00000000映射到虚拟地址为0x80000000 处
   dd  80000000h,    0,   04000000h
   ; FLASH and other memory, if any
   ; dd  FlashVA,      FlashPA,    FlashSize
   ; Last entry, all zeros
   dd  0   0   0
2.在驱动或应用程序(user mode)中访问RAM,既可以通过OEMAddressTable+VirtualCopy方式,也可以直接用MmMapIoSpace函数建立物理地址到当前进程虚拟地址的映射关系.
经过OEMAddressTable,实现的只是CPU物理地址到OS内核层虚拟地址的一次映射,如果需要在普通的应用程序中访问内存,还要再用VirtuaAlloc+VirtualCopy做一个内核到当前进程的二次映射(有一种情况例外，就是你的OS被配置成Full Kernel Mode，这时任何应用程序都可以访问OS内核地址).
     简单说明几个关键函数:
     VirtualAlloc用于在当前进程的虚拟地址空间中保留或者提交空间，在保留时以64KB为单位，提交时以4KB为单位。其函数原型为

 LPVOID VirtualAlloc(

  LPVOID lpAddress,  // 分配虚拟地址的起始指针

  DWORD dwSize,     // 大小，以字节为单位

  DWORD flAllocationType, // 类型，设为MEM_RESERVE

  DWORD flProtect    //  存取保护，设为PAGE_NOACCESS

);

  VirtualCopy 用来绑定物理地址到静态映射虚拟地址：

  BOOL VirtualCopy(

  LPVOID lpvDest,         // 虚拟目的地址指针，接受VirtualAlloc的返回值

  LPVOID lpvSrc,         // 源物理地址指针

  DWORD cbSize,          // 大小必须与虚拟地址相同

  DWORD fdwProtect  // 存取保护类型

);

这里需要注意的是 fdwProtect 参数。如果是驱动程序访问，需要设置为 PAGE_NOCACHE ，以访问无缓存段虚拟地址。如果映射的物理地址范围在 0x1FFFFFFF 之上，必须使用 PAGE_PHYSICAL ，此时必须把 lpvSrc 右移八位，实现地址对齐。（这是由内核中 VirtualCopy 的实现决定的，在那个函数中会判断如果是 PAGE_PHYSICAL 就将PHYSADDR 左移 8 位移回来，源代码位于 private/winceos/coreos/nk/kernel 目录下的 virtmem.c中的DoVirtualCopy ）

      MmMapIoSpace 用来把物理地址直接映射到与进程无关的虚拟地址上。函数原型为

 PVOID MmMapIoSpace(

  PHYSICAL_ADDRESS PhysicalAddress,

  ULONG NumberOfBytes,

  BOOLEAN CacheEnable

);

  一个使用 VirtualAlloc+Copy 的例子：把物理地址为 0x10000000 的单元映射到虚拟地址空间中。

#include <windows.h>

#define PHYSADDR  ((PVOID)0x10000000)

// PHYSADDR is the physical address of the peripheral

// registers

#define SIZE  (4800*4)

LPVOID lpv;

BOOL bRet;

lpv = VirtualAlloc(0, SIZE, MEM_RESERVE, PAGE_NOACCESS);

// For a user mode driver, always leave the first

// parameter 0 and use only the flags MEM_RESERVE

// and PAGE_NOACCESS Check the return value: lpv == 0

// is an error

printf(TEXT("VirtualAlloc reservation @%8.8lx\r\n"), lpv);

bRet = VirtualCopy(lpv, PHYSADDR>>8, SIZE, PAGE_READWRITE | PAGE_NOCACHE | PAGE_PHYSICAL);

// The lpv parameter is the virtual address returned

// by VirtualAlloc().

// Always use PAGE_NOCACHE */

// Check the return value: bRet ==0 is an error */

printf(TEXT("VirtualCopy returned: %d\r\n"), bRet);

// At this point lpv is a virtual address which maps

// the I/O registers

// at PHYSADDR for SIZE bytes */