§1．PCI總線體系結(jié)構(gòu)概述?
PCI總線體系結(jié)構(gòu)是一種層次式的（Hierarchical）體系結(jié)構(gòu)。在這種層次式體系結(jié)構(gòu)中，PCI橋設(shè)備占據(jù)著重要的地位，它將父總線與子總線連接在一起，從而使整個系統(tǒng)看起來像一顆倒置的樹型結(jié)構(gòu)。樹的頂端是系統(tǒng)的CPU，它通過一個較為特殊的PCI橋設(shè)備——Host／PCI橋設(shè)備與根PCI總線（root?pci?bus）連接起來。下圖1是一個較為典型的PCI總線體系結(jié)構(gòu)圖。?
（圖1）?
從上圖也可以看出，作為一種特殊的PCI設(shè)備，PCI橋又包括以下幾種：?
（1）Host/PCI橋：用于連接CPU與PCI根總線（注意，the?first?root?bus總是編號為0）。由于像Memory?Controller這樣的設(shè)備通常也被集成到Host/PCI橋設(shè)備芯片中，因此，Host/PCI橋通常也被稱為“北橋芯片組（North?Bridge?Chipset）”。?
（2）PCI/ISA橋：用于連接遺留的ISA總線。通常，像i8359A中斷控制器這樣的設(shè)備也會被集成到PCI/ISA橋設(shè)備中，因此，PCI/ISA橋通常也被稱為“南橋芯片組（South?Bridge?Chipset）”。?
（3）PCI-to-PCI橋：用于連接PCI主總線（primary?bus）與次總線（secondary?bus）。PCI橋所處的PCI總線稱為“主總線”（即次總線的父總線），橋設(shè)備所連接的PCI總線稱為“次總線”（即主總線的子總線）。?
更多類型的PCI橋分類可以參見《PCI?Local?Bus?Specification》Revision2.2的附錄D。?
本文以下部分假設(shè)讀者對PCI總線規(guī)范有一定的了解，因此本文是為那些想要深入了解Linux內(nèi)核是如何實現(xiàn)PCI總線驅(qū)動程序的Kernel?Hacker而寫的。?

§2?PCI總線驅(qū)動程序的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?
從前面的圖1可以看出，在PCI總線體系結(jié)構(gòu)中，有兩個核心的概念存在：PCI總線和PCI設(shè)備（橋設(shè)備是一種特殊的PCI設(shè)備）?；趯@兩個核心概念的抽象，Linux?PCI總線驅(qū)動程序定義了兩個關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)類型pci_bus和結(jié)構(gòu)類型pci_dev，以分別描述pci總線和pci設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，Linux?PCI總線驅(qū)動程序又將系統(tǒng)中當前存在的所有PCI總線的pci_bus結(jié)構(gòu)組織成一張層次式的鏈表圖，顯然該鏈表圖的頂層鏈表是系統(tǒng)中所有根總線的pci_bus結(jié)構(gòu)鏈表，因此用一個list_head結(jié)構(gòu)類型的全局變量pci_root_buses來描述該鏈表圖中的頂層鏈表表頭，也即根總線鏈表的表頭。系統(tǒng)中當前存在的所有PCI設(shè)備的pci_dev結(jié)構(gòu)也被組織成一條鏈表，稱為“全局pci設(shè)備鏈表”，用一個list_head結(jié)構(gòu)類型的變量pci_devices來表示該鏈表的表頭。通過這兩條總鏈表，Linux內(nèi)核就可以得到一張當前系統(tǒng)的PCI總線體系結(jié)構(gòu)視圖。?

§2.1?PCI設(shè)備描述符——pci_dev結(jié)構(gòu)類型?
所有種類的PCI設(shè)備都可以用結(jié)構(gòu)類型pci_dev來描述。更為準確地說，應(yīng)該是每一個PCI功能，即PCI邏輯設(shè)備都唯一地對應(yīng)有一個pci_dev設(shè)備描述符。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義如下（include/linux/pci.h）：?
/*?
*?The?pci_dev?structure?is?used?to?describe?both?PCI?and?ISAPnP?devices.?
*/?
struct?pci_dev?{?
struct?list_head?global_list;?/*?node?in?list?of?all?PCI?devices?*/?
struct?list_head?bus_list;?/*?node?in?per-bus?list?*/?
struct?pci_bus?*bus;?/*?bus?this?device?is?on?*/?
struct?pci_bus?*subordinate;?/*?bus?this?device?bridges?to?*/?

void?*sysdata;?/*?hook?for?sys-specific?extension?*/?
struct?proc_dir_entry?*procent;?/*?device?entry?in?/proc/bus/pci?*/?

unsigned?int?devfn;?/*?encoded?device?&?function?index?*/?
unsigned?short?vendor;?
unsigned?short?device;?
unsigned?short?subsystem_vendor;?
unsigned?short?subsystem_device;?
unsigned?int?class;?/*?3?bytes:?(base,sub,prog-if)?*/?
u8?hdr_type;?/*?PCI?header?type?(`multi'?flag?masked?out)?*/?
u8?rom_base_reg;?/*?which?config?register?controls?the?ROM?*/?

struct?pci_driver?*driver;?/*?which?driver?has?allocated?this?device?*/?
void?*driver_data;?/*?data?private?to?the?driver?*/?
dma_addr_t?dma_mask;?/*?Mask?of?the?bits?of?bus?address?this?
device?implements.?Normally?this?is?
0xffffffff.?You?only?need?to?change?
this?if?your?device?has?broken?DMA?
or?supports?64-bit?transfers.?*/?

/*?device?is?compatible?with?these?IDs?*/?
unsigned?short?vendor_compatible[DEVICE_COUNT_COMPATIBLE];?
unsigned?short?device_compatible[DEVICE_COUNT_COMPATIBLE];?

/*?
*?Instead?of?touching?interrupt?line?and?base?address?registers?
*?directly,?use?the?values?stored?here.?They?might?be?different!?
*/?
unsigned?int?irq;?
struct?resource?resource[DEVICE_COUNT_RESOURCE];?/*?I/O?and?memory?regions?+?expansion?ROMs?*/?
struct?resource?dma_resource[DEVICE_COUNT_DMA];?
struct?resource?irq_resource[DEVICE_COUNT_IRQ];?

char?name[80];?/*?device?name?*/?
char?slot_name[8];?/*?slot?name?*/?
int?active;?/*?ISAPnP:?device?is?active?*/?
int?ro;?/*?ISAPnP:?read?only?*/?
unsigned?short?regs;?/*?ISAPnP:?supported?registers?*/?

int?(*prepare)(struct?pci_dev?*dev);?/*?ISAPnP?hooks?*/?
int?(*activate)(struct?pci_dev?*dev);?
int?(*deactivate)(struct?pci_dev?*dev);?
};?
各成員的含義如下：?
（1）全局鏈表元素global_list：每一個pci_dev結(jié)構(gòu)都通過該成員連接到全局pci設(shè)備鏈表pci_devices中。?
（2）總線設(shè)備鏈表元素bus_list：每一個pci_dev結(jié)構(gòu)除了鏈接到全局設(shè)備鏈表中外，還會通過這個成員連接到其所屬PCI總線的設(shè)備鏈表中。每一條PCI總線都維護一條它自己的設(shè)備鏈表視圖，以便描述所有連接在該PCI總線上的設(shè)備，其表頭由PCI總線的pci_bus結(jié)構(gòu)中的devices成員所描述。?
（3）總線指針bus：指向這個PCI設(shè)備所在的PCI總線的pci_bus結(jié)構(gòu)。因此，對于橋設(shè)備而言，bus指針將指向橋設(shè)備的主總線（primary?bus），也即指向橋設(shè)備所在的PCI總線。?
（4）指針subordinate：指向這個PCI設(shè)備所橋接的下級總線。這個指針成員僅對橋設(shè)備才有意義，而對于一般的非橋PCI設(shè)備而言，該指針成員總是為NULL。?
（5）無類型指針sysdata：指向一片特定于系統(tǒng)的擴展數(shù)據(jù)。?
（6）指針procent：指向該PCI設(shè)備在／proc文件系統(tǒng)中對應(yīng)的目錄項。?
（7）devfn：這個PCI設(shè)備的設(shè)備功能號，也成為PCI邏輯設(shè)備號（0－255）。其中bit[7:3]是物理設(shè)備號（取值范圍0－31），bit[2:0]是功能號（取值范圍0－7）。?
（8）vendor：這是一個16無符號整數(shù)，表示PCI設(shè)備的廠商ID。?
（9）device：這是一個16無符號整數(shù)，表示PCI設(shè)備的設(shè)備ID。?
（10）subsystem_vendor：這是一個16無符號整數(shù)，表示PCI設(shè)備的子系統(tǒng)廠商ID。?
（11）subsystem_device：這是一個16無符號整數(shù)，表示PCI設(shè)備的子系統(tǒng)設(shè)備ID。?
（12）class：32位的無符號整數(shù)，表示該PCI設(shè)備的類別，其中，bit［7：0］為編程接口，bit［15：8］為子類別代碼，bit［23：16］為基類別代碼，bit［31：24］無意義。顯然，class成員的低3字節(jié)剛好對應(yīng)與PCI配置空間中的類代碼。?
（13）hdr_type：8位符號整數(shù)，表示PCI配置空間頭部的類型。其中，bit［7］＝1表示這是一個多功能設(shè)備，bit［7］＝0表示這是一個單功能設(shè)備。Bit［6：0］則表示PCI配置空間頭部的布局類型，值00h表示這是一個一般PCI設(shè)備的配置空間頭部，值01h表示這是一個PCI-to-PCI橋的配置空間頭部，值02h表示CardBus橋的配置空間頭部。?
（14）rom_base_reg：8位無符號整數(shù)，表示PCI配置空間中的ROM基地址寄存器在PCI配置空間中的位置。ROM基地址寄存器在不同類型的PCI配置空間頭部的位置是不一樣的，對于type?0的配置空間布局，ROM基地址寄存器的起始位置是30h，而對于PCI-to-PCI橋所用的type?1配置空間布局，ROM基地址寄存器的起始位置是38h。?
（15）指針driver：指向這個PCI設(shè)備所對應(yīng)的驅(qū)動程序定義的pci_driver結(jié)構(gòu)。每一個pci設(shè)備驅(qū)動程序都必須定義它自己的pci_driver結(jié)構(gòu)來描述它自己。這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將在后面分析。?
（16）無類型指針driver_data：指向驅(qū)動程序為這個PCI設(shè)備所分配的一塊私有數(shù)據(jù)區(qū)。通常，設(shè)備驅(qū)動程序會為它所支持的每一種設(shè)備類型定義一個特定于設(shè)備類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以描述該類型設(shè)備的信息。而且，driver會為它所找到的每一個設(shè)備實例分配一個特定于該設(shè)備類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實例。指針driver_data一般就用來指向這個有驅(qū)動程序所分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實例。?
（17）dma_mask：用于DMA的總線地址掩碼，一般來說，這個成員的值是0xffffffff。數(shù)據(jù)類型dma_addr_t定義在include/asm/types.h中，在x86平臺上，dma_addr_t類型就是u32類型。?
（18）vendor_compatible［DEVICE_COUNT_COMPATIBLE］和device_compatible［DEVICE_COUNT_COMPATIBLE］：定義這個PCI設(shè)備與哪些設(shè)備相兼容。?
（19）無符號的整數(shù)irq：表示這個PCI設(shè)備通過哪根IRQ輸入線產(chǎn)生中斷，一般為0－15之間的某個值。?
（20）資源數(shù)組resource［DEVICE_COUNT_RESOURCE］：表示該設(shè)備可能用到的資源，包括：I/O斷口區(qū)域、設(shè)備內(nèi)存地址區(qū)域以及擴展ROM地址區(qū)域。宏DEVICE_COUNT_DEVICE在pci.h頭文件中被定義為常值12。但是PCI設(shè)備通常僅使用這12各資源區(qū)域中的一部分。其中，resource［5：0］分別對應(yīng)于配置空間中的BAR0－BAR5（注意，橋設(shè)備只有BAR0和BAR1），resource［6］對應(yīng)于配置空間中的ROM基地址寄存器所描述的ROM區(qū)域，而resource［10：7］分別對應(yīng)于橋設(shè)備的地址過濾窗口。?
（21）數(shù)組dma_resource［DEVICE_COUNT_DMA］：用于DMA的資源，DEVICE_COUNT_DMA為2。?
（22）數(shù)組irq_resource［DEVICE_COUNT_IRQ］：用于IRQ的資源，DEVICE_COUNT_IRQ為2。?
（23）name［80］數(shù)組：定義這個PCI邏輯設(shè)備的名字字符串。?
（24）slot_name［8］數(shù)組：如果這個PCI邏輯設(shè)備是通過PCI插槽連接到PCI總線上的，則slot_name數(shù)組表示該插槽的名字字符串。?
（25）active：被ISAPnP模塊用來表示設(shè)備是否被激活。?
（26）ro：被ISAPnP模塊用來表示設(shè)備是否為只讀設(shè)備。?
（27）regs：被ISAPnP模塊用來表示設(shè)備設(shè)備所支持的寄存器個數(shù)。?
（28）函數(shù)指針prepare、activate和deactivate：都是僅被ISAPnP模塊鉤掛的函數(shù)指針。?

§2.2?PCI總線描述符——pci_bus結(jié)構(gòu)類型?
該結(jié)構(gòu)定義在include/linux/pci.h頭文件中，如下所示：?
struct?pci_bus?{?
struct?list_head?node;?/*?node?in?list?of?buses?*/?
struct?pci_bus?*parent;?/*?parent?bus?this?bridge?is?on?*/?
struct?list_head?children;?/*?list?of?child?buses?*/?
struct?list_head?devices;?/*?list?of?devices?on?this?bus?*/?
struct?pci_dev?*self;?/*?bridge?device?as?seen?by?parent?*/?
struct?resource?*resource[4];?/*?address?space?routed?to?this?bus?*/?

struct?pci_ops?*ops;?/*?configuration?access?functions?*/?
void?*sysdata;?/*?hook?for?sys-specific?extension?*/?
struct?proc_dir_entry?*procdir;?/*?directory?entry?in?/proc/bus/pci?*/?

unsigned?char?number;?/*?bus?number?*/?
unsigned?char?primary;?/*?number?of?primary?bridge?*/?
unsigned?char?secondary;?/*?number?of?secondary?bridge?*/?
unsigned?char?subordinate;?/*?max?number?of?subordinate?buses?*/?

char?name[48];?
unsigned?short?vendor;?
unsigned?short?device;?
unsigned?int?serial;?/*?serial?number?*/?
unsigned?char?pnpver;?/*?Plug?&?Play?version?*/?
unsigned?char?productver;?/*?product?version?*/?
unsigned?char?checksum;?/*?if?zero?-?checksum?passed?*/?
unsigned?char?pad1;?
};?
各成員的含義如下：?
（1）鏈表元素node：對于PCI根總線而言，其pci_bus結(jié)構(gòu)通過node成員鏈接到本節(jié)一開始所述的根總線鏈表中，根總線鏈表的表頭由一個list_head類型的全局變量pci_root_buses所描述。而對于非根pci總線，其pci_bus結(jié)構(gòu)通過node成員鏈接到其父總線的子總線鏈表children中（見下面）。?
（2）parent指針：指向該pci總線的父總線，即pci橋所在的那條總線。?
（3）children指針：描述了這條PCI總線的子總線鏈表的表頭。這條PCI總線的所有子總線都通過上述的node鏈表元素鏈接成一條子總線鏈表，而該鏈表的表頭就由父總線的children指針所描述。?
（4）devices鏈表頭：描述了這條PCI總線的邏輯設(shè)備鏈表的表頭。除了鏈接在全局PCI設(shè)備鏈表中之外，每一個PCI邏輯設(shè)備也通過其pci_dev結(jié)構(gòu)中的bus_list成員鏈入其所在PCI總線的局部設(shè)備鏈表中，而這個局部的總線設(shè)備鏈表的表頭就由pci_bus結(jié)構(gòu)中的devices成員所描述。?
（5）指針self：指向引出這條PCI總線的橋設(shè)備的pci_dev結(jié)構(gòu)。?
（6）資源指針數(shù)組resource［4］：指向應(yīng)路由到這條pci總線的地址空間資源，通常是指向?qū)?yīng)橋設(shè)備的pci_dev結(jié)構(gòu)中的資源數(shù)組resource［10：7］。?
（7）指針ops：指向一個pci_ops結(jié)構(gòu)，表示這條pci總線所使用的配置空間訪問函數(shù)。下一節(jié)將詳細討論這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。?
（8）無類型指針sysdata：指向系統(tǒng)特定的擴展數(shù)據(jù)。?
（9）指針procdir：指向該PCI總線在／proc文件系統(tǒng)中對應(yīng)的目錄項。?
（10）number：這條PCI總線的總線編號（bus?number），取值范圍0－255。?
（11）primary：表示引出這條PCI總線的“橋設(shè)備的主總線”（也即橋設(shè)備所在的PCI總線）編號，取值范圍0－255。?
（12）secondary：表示引出這條PCI總線的橋設(shè)備的次總線號，因此secondary成員總是等于number成員的值。取值范圍0－255。?
（13）subordinate：這條PCI總線的下屬PCI總線（Subordinate?pci?bus）的總線編號最大值，它應(yīng)該等于引出這條PCI總線的橋設(shè)備的subordinate值。?
（13）name［48］：這條PCI總線的名字字符串。?
（14）vendor和device：表示引出這條PCI總線的橋設(shè)備的廠商ID和設(shè)備ID。?
（15）serial：系列號。?
（16）pnpver：Plug＆Play版本號。?
（17）productver：產(chǎn)品版本號。?
（18）chechsum：pci_bus結(jié)構(gòu)的校驗和，因改為0。?
（19）pad1：為了使pci_bus結(jié)構(gòu)的大小沿內(nèi)存邊界對齊而設(shè)立的成員，無實際意義。?
下面對上述結(jié)構(gòu)中的總線編號進行一下說明。假定這樣一個PCI總線體系結(jié)構(gòu)：根總線0上有一個PCI橋，它引出子總線bus?1，bus?1上又有一個PCI橋引出bus?2，如下圖2所示：?
（圖2）?
PCI橋的配置空間頭部中定義橋兩側(cè)的主、次總線編號，以及橋后面的下級總線編號的最大可能值。因此在上圖中，bus?0總線的pci_bus結(jié)構(gòu)中的number、primary、secondary都應(yīng)該為0，因為它是通過Host/PCI橋引出的根總線；而bus?1總線的pci_bus結(jié)構(gòu)中的number＝secondary＝1，而bus?1的primary應(yīng)該為0；而bus?2總線的pci_bus結(jié)構(gòu)中的number=secondary＝2，其primary則應(yīng)該等于1。這三條總線的subordinate值都應(yīng)該等于2。?

§2.3?PCI設(shè)備鏈表?
前面已經(jīng)講過，所有的PCI設(shè)備都通過其pci_dev結(jié)構(gòu)中的global_list成員鏈接一條“全局pci設(shè)備鏈表”pci_devices，表頭pci_devices定義在drivers／pci／pci.c文件中：?
LIST_HEAD(pci_device)；?
另外，同屬一條PCI總線上的所有PCI設(shè)備也通過其pci_dev結(jié)構(gòu)中的bus_list成員鏈接成一條局部這條PCI總線的“總線設(shè)備鏈表”，表頭則由該PCI總線的pci_bus結(jié)構(gòu)中的devices成員所定義。?
下圖3描述可以很清楚地描述可以很清楚地描述上述這兩重鏈表的關(guān)系?
（圖3）?
■遍歷PCI設(shè)備鏈表的輔助宏?
為了更為方便地遍歷上述兩類PCI設(shè)備鏈表（全局PCI設(shè)備鏈表和局部總線設(shè)備鏈表），Linux在頭文件中pci.h定義了幾個輔助宏，從而使得遍歷鏈表的代碼更為簡單、易懂。它們是：?
（1）宏pci_for_each_dev(dev)：正向遍歷全局設(shè)備鏈表pce_devices中的每一個PCI?設(shè)備，參數(shù)dev是一個pci_dev結(jié)構(gòu)類型的指針。?其定義如下：?
＃define?pci_for_each_dev（dev）?\?
for(dev=pci_dev_g(pci_devices.next);dev!=pci_dev_g(&pci_devices);dev=pci_dev_g(dev->global_list.next))?
上述定義中的宏pci_dev_g()用于將一個list_head類型的指針轉(zhuǎn)換為一個pci_dev類型的指針（下面談及）。對這個宏的典型使用方法如下所示：?
pci_dev?＊dev；?
……?
pci_for_each_dev(dev)?
{?
……/*?對dev所指向的每一個pci設(shè)備進行處理?＊／?
｝?
（2）宏pci_for_each_dev_reverse(dev)：逆向遍歷全局設(shè)備鏈表pci_devices中的每一個pci設(shè)備。參數(shù)dev同樣也是一個pci_dev結(jié)構(gòu)類型的指針。其定義如下：?
＃define?pci_for_each_dev_reverse（dev）?\?
for(dev=pci_dev_g(pci_devices.prev);dev!=pci_dev_g(&pci_devices);dev=pci_dev_g(dev->global_list.prev))?
顯然，上述宏將從全局設(shè)備鏈表中的最后一個元素（由pci_devices.prev所指向）開始逆向遍歷整個鏈表。該宏的使用與pci_for_each_dev()宏相同，只是遍歷方向相反而已。?
（3）宏pci_dev_g(n)和pci_dev_b(n)：宏pci_dev_g()用來將與全局設(shè)備鏈表對應(yīng)的list_head類型指針n轉(zhuǎn)換為pci_dev類型的指針，宏pci_dev_b()用來將與總線局部設(shè)備鏈表對應(yīng)的list_head類型指針n轉(zhuǎn)換為pci_dev類型的指針。實際上，它們都是通過list_entry()宏來實現(xiàn)實際的轉(zhuǎn)換工作，如下所示：?
#define?pci_dev_g(n)?list_entry(n,?struct?pci_dev,?global_list)?
#define?pci_dev_b(n)?list_entry(n,?struct?pci_dev,?bus_list)?

§2.4?PCI總線鏈表?
系統(tǒng)中當前存在的所有根總線都通過其pci_bus結(jié)構(gòu)中的node成員鏈接成一條全局的根總線鏈表，其表頭由list類型的全局變量pci_root_buses來描述。它的定義如下（drivers/pci/pci.c）：?
LIST_HEAD(pci_root_buses);?
而根總線下面的所有下級總線則都通過其pci_bus結(jié)構(gòu)中的node成員鏈接到其父總線的children鏈表中。這樣，通過這兩種PCI總線鏈表，linux內(nèi)核就將所有的pci_bus結(jié)構(gòu)以一種倒置樹的方式組織起來。假定對于圖4所示的PCI總線體系結(jié)構(gòu)，它所對應(yīng)的總線鏈表結(jié)構(gòu)如圖5所示。?
（圖4）?
（圖5）?
類似地，宏pci_bus_b(n)則被用來將list_head類型的指針n轉(zhuǎn)換為pci_bus類型的指針。該宏也是定義在include/linux/pci.h頭文件中：?
#define?pci_bus_b(n)?list_entry(n,?struct?pci_bus,?node)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的PCI总线体系结构概述的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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