使用端口映射I / O時是否使用虛擬內存？

Question

如果我有一個內存映射的I / O設備，並且我想寫入位於地址0x16D34該設備的寄存器，則0x16D34地址實際上是一個虛擬地址，並且CPU將首先將其轉換為物理地址，並且然后將數據寫入物理地址。

但是端口映射的I / O設備（例如：串行端口）怎么樣，所以如果我想寫一個位於地址0x3F8的串口的寄存器，那么0x3F8地址是物理地址還是虛擬地址？

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編輯：我在x86架構上。

Answer 1

x86 / x86-64上的端口映射I / O（大多數其他現代架構甚至不支持它）發生在完全獨立的地址空間中。 此地址空間不受內存映射的限制，因此沒有虛擬端口地址，只有物理地址。 必須使用特殊的in和out指令來執行端口I / O，簡單的存儲器訪問（例如，使用mov ）不能訪問這個單獨的地址空間。 可以基於權限級別進行訪問保護; 大多數現代操作系統默認情況下會阻止用戶空間進程訪問I / O端口。

有關詳細信息，您可以查看英特爾“英特爾®64和IA-32架構開發人員手冊：第1卷”的“輸入/輸出” 一章（撰寫本文時的第18章） 。

請注意，在x86的早期，端口地址在每個設備中都是硬連線的，包括ISA附加卡。 如果幸運的話，該卡有一組跳線，用於為設備選擇一組有限的可能端口范圍，以避免設備之間的范圍沖突。 之后，引入了即插即用以在系統引導期間動態進行選擇。 PCI進一步完善了這一點，因此I / O BAR幾乎可以通過操作系統和/或固件映射到0x0000-0xffff地址空間內的任何位置。 由於其許多固有限制，在設計新硬件時，現在強烈建議不要使用端口映射I / O.

Answer 2

看來你的問題是內存映射I / O和端口映射IO之間的區別。 處理器通常有兩種連接外部設備的方法，即內存映射或端口映射I / O.

內存映射I / O.

內存映射I / O使用相同的地址空間來尋址內存和I / O設備。 因此，當CPU訪問地址時，它可能指的是物理RAM的一部分，但它也可以指I / O設備的內存 （基於Wiki上的內存映射I / O ）。

第一個示例中的值0x16D34將是虛擬內存，並將映射到物理內存。 I / O設備也會引用相同的物理內存以允許從CPU進行訪問。

端口映射I / O.

端口映射I / O使用單獨的專用地址空間，並通過一組專用的微處理器指令進行訪問。 對於第二個示例中的0x3F8 ，它是特定於內存和I / O設備的自身地址的地址。 它不是我們之前在內存映射I / O中提到的內存和I / O設備之間共享的地址。 您可能會在內存映射IO與端口映射IO中獲得更詳細的信息