最近在看NVMeDirect和SPDK的源碼，覺得有必要梳理一下MMIO和PMIO的區別。關於MMIO和PMIO，維基百科上是這麽講滴，

Memory-mapped I/O (MMIO) and port-mapped I/O (PMIO) (which is also called
isolated I/O) are two complementary methods of performing input/output (I/O)
between the central processing unit (CPU) and peripheral devices in a computer.
An alternative approach is using dedicated I/O processors, commonly known as
channels on mainframe computers, which execute their own instructions.

在計算機中，內存映射I/O（MMIO）和端口映射I/O(PMIO)是兩種互為補充的I/O方法，在CPU和外部設備之間。另一種方法是使用專用的I/O處理器，通常為大型機上的通道，它們執行自己特有的指令。

1. MMIO

Memory-mapped I/O (MMIO)， 內存映射IO。 先上圖，圖片來源戳這裏

從上圖中我們可以看到，在MMIO中，內存和I/O設備共享同一個地址空間。 MMIO是應用得最為廣泛的一種IO方法，它使用相同的地址總線來處理內存和I/O設備，I/O設備的內存和寄存器被映射到與之相關聯的地址。當CPU訪問某個內存地址時，它可能是物理內存，也可以是某個I/O設備的內存。因此，用於訪問內存的CPU指令也可來訪問I/O設備。每個I/O設備監視CPU的地址總線，一旦CPU訪問分配給它的地址，它就做出響應，將數據總線連接到需要訪問的設備硬件寄存器。為了容納I/O設備，CPU必須預留給I/O一個地址區域，該地址區域不能給物理內存使用。

2. PMIO

Port-mapped I/O (PMIO)，端口映射IO，又叫做被隔離的I/O（isolated I/O）。還是先上圖，圖片來源戳這裏

從上圖中我們可以看到，在PMIO中，內存和I/O設備有各自的地址空間。 端口映射I/O通常使用一種特殊的CPU指令，專門執行I/O操作。在Intel的微處理器中，使用的指令是IN和OUT。這些指令可以讀/寫1,2,4個字節(例如：outb, outw, outl)從/到IO設備上。I/O設備有一個與內存不同的地址空間，為了實現地址空間的隔離，要麽在CPU物理接口上增加一個I/O引腳，要麽增加一條專用的I/O總線。由於I/O地址空間與內存地址空間是隔離的，所以有時將PMIO稱為被隔離的IO(Isolated I/O)。

3. MMIO v.s. PMIO

• 在MMIO中，IO設備和內存共享同一個地址總線，因此它們的地址空間是相同的; 而在PMIO中，IO設備和內存的地址空間是隔離的。
• 在MMIO中，無論是訪問內存還是訪問IO設備，都使用相同的指令； 而在PMIO中，CPU使用特殊的指令訪問IO設備，在Intel微處理器中，使用的指令是IN和OUT。

註意： 內存映射(MMIO和PMIO)作為一種CPU對I/O設備(CPU-to-device)的通信方法，並不影響DMA(直接內存訪問), 因為DMA是一種繞過CPU的內存對設備(memory-to-device)的通信方法。

4. 如何實現MMIO?

在Linux中， 內核使用ioremap()將IO設備的內存地址映射到內核地址空間； 用戶空間程序使用mmap(2)系統調用將IO設備的內存地址映射到用戶態。

參考資料

• Memory-mapped I/O
• Programmed I/O: isolated vs. memory-mapped
• Memory-mapped I/O
• What is the difference between an I/O mapped I/O, and a memory mapped I/O in the interfacing of the microprocessor?
• Difference between port mapped and memory mapped access?

淺談內存映射I/O(MMIO)與端口映射I/O(PMIO)的區別