assembly - 由谁决定I / O映射和内存映射的I / O（x86）

Michael Petch said in his comment是制造商，但它并不总是拥有完全的自由。
标准和规范可以要求使用地址空间，某些标准是通用的（例如OHCI，USB 1.0，指的是“无法分配的地址空间”，在x86上可以是IO或MMIO），其他则不是（例如，PC Client TPM规范根据使用的MMIO区域按位置映射TPM寄存器。

据我所知，就我们对这个答案的关注而言，MMIO的采用随着PCI ¹的出现而成为主流。 PCI BAR（基址寄存器）具有一种特殊的格式，该格式允许软件知道卡所使用的地址空间（以及需要多少地址空间）：

位0是只读的（由制造商设置），并告知卡正在使用哪个地址空间。

与MMIO相比，IO空间具有不需要任何设置的优势，MMIO需要虚拟到物理的映射以及正确的缓存类型。
但是IO空间只有64KiB + 3B，非常小。
实际上，PCI 2.2将单个BAR使用的最大IO空间限制为256个字节。

^{很抱歉，该图片从PDF规范中复制后显得很乱}

此外，指针在IO空间中不起作用，并且某些设备可以使用指针（例如USB控制器，GBe等）。

IO肯定会用于旧式设备（在MMIO尚未出现之前）。
我曾经认为IO用于具有少量寄存器的设备，但这并不总是正确的，例如PCH（芯片组）的Power Manager Control寄存器是IO映射的，并占用128B。

有时，设备同时支持IO和MMIO。这需要两个BAR，例如PCH的SMBus控制器：

它有两个BAR（请注意默认值，一个用于IO，另一个用于MMIO），用于控制相同寄存器集。
该文档指定两者都可以使用。

我不能给出何时使用IO vs MMIO的确切规则。
我认为性能没有区别，区别仅在于PCIe链路层发送的TLP数据包中。
但是，我从未对此事进行调查，IO指令正在串行化，因此在软件级别会降低性能。

我的经验法则是，如果满足以下任一条件，则可以/可以使用IO：

该设备是旧设备（实际上，这里没有选择的自由）。
您的设备未使用指针（因为IO没有指针）并且寄存器集很小。
寄存器主要用于控制和报告设备或整个系统的状态（因为IO指令正在串行化）。

这些只是经验法则，根据我的阅读和记忆，有很多例外和反例。
今天的趋势是使用MMIO，这可能需要更多的解码逻辑（需要解码的更多地址线），但PCI规范通过允许设备将其解码数舍入到4KiB来简化了此操作。
一个示例是PCIe配置空间，在PCI中它是IO访问的（使用类似于VGA控制器中使用的寄存器堆叠技术），但现在已映射到内存。

由于PCIe是现代PC上的主要总线，因此无需考虑其他总线，其他所有事物都通过PCIe设备（例如USB使用xHCI PCI设备）。
唯一的例外是脱核设备（例如LAPIC，TXT寄存器），它们可以通过内存映射的IO进行访问，因为我认为它的性能更高，这种访问不会到达系统代理（这些设备是接近它们的内核，并且始终在CPU封装内部），因此使用（序列化）IO指令将对其产生重大影响。
另外，在4GiB的顶部还有一个不错的地方，英特尔可以在不对其他设备施加太大压力的情况下回收内存。
有趣的事实：由于FPU是协处理器（x87）的时间而保留了端口0xf8-0xff，并且CPU使用该端口与其进行通信。

¹在此之前，其他两个PnP总线（例如PnP ISA和MCA）都已经可用，但是解码存储器访问主要是为了提供对ROM和板载访问的权限内存。我猜还不是将寄存器映射到内存的事情。

如果我想构建自己的设备（外围设备），我可以自由选择使用I / O映射还是内存映射的I / O与PC进行通信？

哪种设备？

如果它是旧设备（例如，古老的“ PS / 2控制器”或串行端口或并行端口或..）或标准化设备（例如，实现AHCI或NVMe或xHCI），则它必须符合现有的标准（正式或事实上的）规范。

否则（无需使用现有的规范进行编译）；如果是USB设备，则不能使用IO端口或MMIO（它正在响应串行总线上的请求）；如果它是PCI设备且需要高性能，则应使用MMIO（因为IO端口是性能问题）；如果它是不需要高性能的PCI设备，那么就根本不应该是PCI设备（应该是USB）。

由谁决定I / O映射和内存映射的I / O（x86）

2 个答案: