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linux 内核PCI驱动总结记录

發布時間：2023/12/18 linux 61 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 linux 内核PCI驱动总结记录小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

1.??介紹

Peripheral ComponentInterconnect (PCI，外圍設備互聯)。總線由電氣接口、編程接口組成。主要討論編程接口。最常用的總線，內核支持最好的總線。ISA裸金屬總線，電子愛好者偏愛。

2.??PCI的特點

是一種完整的規范，定義計算機計算機不同部分之間的通信。

獲取、訪問PCI設備。

對比ISA總線三個目標：

比ISA有更好的性能。

盡可能平臺無關的。

簡化系統添加、刪除外設。

支持32位、64位數據總線。

對驅動編寫者最相關的是接口板的自動發現。PCI設備是無跳線設備，在系統引導階段自動配置。包括設備的配置信息等一些工作都是自動完成的，不需要任何的探測。之后，驅動編寫者就能夠訪問設備的配置信息，以便初始化設備。

3.??PCI尋址

每個PCI外設由bus:device.function一個16位地址標識。bus(8位)、device（5位）、function（3位）。單個總共256個總線、每個總線最多32個設備、每個設備最多8個功能（比如聲音功能）。linux為了擴展總線數量，提供domain（16位）。系統把PCI設備抽象為pci_dev結構，因此不需要訪問這些二進制地址。

當前的工作站一般都配有2個以上的pci總線。不同PCI總線之間通過PCI橋連接（一個特殊的PCI設備）。PCI系統的整體布局是一個樹狀的結構。每個總線都連接上一級總線，一直到根總線0.

可以使用lspci命令查看當前系統的pci。或者在文件系統/proc/pci和/proc/bus/pci中。

外設板電路響應三種地址空間：內存、IO、配置空間。前兩種地址空間在同一個PCI總線上是共享的。配置空間是物理尋址的，每次只對一個槽尋址。

內存和IO空間通常通過inb、readb等方式訪問。配置空間需要通過特殊的內核函數訪問配置寄存器。每個PCI槽有4個中斷引腳，每個設備功能使用其中的一個。

???????? 1個PCI總線使用32位的地址總線用于IO尋址（4G），32位的地址總線（現在設備有的支持64位）用于內存尋址。在系統啟動階段，固件初始化PCI硬件的時候，把每個區域映射到不同的地址。驅動程序不需要探測，而從配置空間讀取映射的地址。

???????? 對于每個設備功能，PCI配置空間由256字節組成（PCIE的是64KB），并且配置空間的布局是標準的。配置空間的4個字節（哪4個字節？）標識唯一的功能ID。

4.??引導階段

主板上的固件（比如BIOS），讀寫PCI設備中的寄存器，訪問配置空間。

系統引導階段，linux內核為每個PCI地址區域申請安全的處理器地址。后續驅動可以從/sys/bus/pci/devices/*目錄中讀取映射的地址。

其中，config包含配置信息，resource包含分配給該設備的內存資源。irq包含了該PCI設備的中斷號。

5.??配置寄存器和初始化

所有的PCI設備至少包含256字節的配置地址空間（PCIE是64KB）。其中前64字節是標志的。

PCI配置寄存器包括可選和必需兩部分，必需的部分聲明功能和其他字段是否可用。

PCI寄存器是小端字節序。

vendorID

全局性、全球性。16位標識。比如intel的0x8086.

deviceID

廠商定義的16位標識。通常使用vendorID+deviceID 32位標識一個設備。驅動根據該32位標識，定位到一個設備。

class

16位的標識，高8位標識基本類（group）。比如，以太網、令牌環網屬于網絡group，串行、并行屬于通信group。一些驅動支持多種相同類型的設備，驅動可以根據類型區分支持的設備。

subsystem vendorID
subsystem deviceID

subsystem類型的標識，用于進一步識別設備。當一個芯片是連接到本地板載上的通用芯片時，它可能有多用用途。驅動使用subsystem標識，識別具體連接的設備。

內核標識設備ID的結構是：

struct pci_device_id {

???????? __u32vendor, device;?????????????? /* Vendorand device ID or PCI_ANY_ID*/

???????? __u32subvendor, subdevice;? /* Subsystem ID'sor PCI_ANY_ID */

???????? __u32class, class_mask; /*(class,subclass,prog-if) triplet */

???????? kernel_ulong_tdriver_data;?? /* Data private to thedriver */

};

6.??MODULE_DEVICE_TABLE

通過把pci_device_id結構導出到用戶空間中，使熱插拔和模塊加載系統知道什么模塊對應什么設備。

例如：

MODULE_DEVICE_TABLE(pci, i810_ids);

具體的實現是：

extern const typeof(name)__mod_##type##__##name##_device_table????????????? \

?__attribute__ ((unused, alias(__stringify(name))))

其中pci是模塊名，i810_ids是pci_device_id變量名。MODULE_DEVICE_TABLE宏把例如i810_ids的變量名，起一個__mod_pci_device_table結構的別名。模塊編譯之后，在對應的模塊ELF文件中會有相應的__mod_pci_device_table結構符號。在內核構建時，depmod搜索所有模塊的類似__mod_pci_device_table結構的符號，從中解析出type和name，并取出pci_device_id數據導出到/lib/modules/KERNEL_VERSION/modules.pcimap文件中。之后內核所有模塊支持的設備和模塊的名字可在該文件中找到。當內核告知熱插拔系統，發現一個新的設備時，熱插拔系統根據modules.pcimap文件找到對應的驅動。

注：模塊的概念。PCI是一個模塊。

7.??PCI驅動注冊

為了正確的注冊到內核，PCI驅動必須創建一個結構：

struct pci_driver {

??? struct list_head node;

??? const char *name;

??? const struct pci_device_id *id_table;??/* must be non-NULL for probe to be called*/

??? int? (*probe)?(struct pci_dev*dev,const struct pci_device_id*id);??/* New device inserted */

??? void (*remove)(struct pci_dev*dev);??/* Device removed (NULL if not a hot-plugcapable driver) */

??? int? (*suspend)(struct pci_dev*dev, pm_message_tstate);?/* Device suspended */

??? int? (*suspend_late)(struct pci_dev*dev, pm_message_tstate);

??? int? (*resume_early)(struct pci_dev*dev);

??? int? (*resume)(struct pci_dev*dev);??????????????????/* Device woken up */

??? void (*shutdown)(struct pci_dev*dev);

??? int (*sriov_configure)(struct pci_dev*dev,int num_vfs);/* PF pdev */

??? const struct pci_error_handlers *err_handler;

??? struct device_driver??? driver;

??? struct pci_dynids dynids;

};

包括一些回調函數和描述PCI驅動與PCI核心對應的變量。

其中一些區域需要PCI驅動注意。

const char*name;

const struct pci_device_id*id_table;

int? (*probe)?(struct pci_dev*dev,const struct pci_device_id*id);

void (*remove)(struct pci_dev*dev);

int? (*suspend)(struct pci_dev*dev, pm_message_tstate);

int? (*resume)(struct pci_dev*dev);

總的來說，一個PCI驅動結構只需要4個區域被初始化。

static struct pci_driver pci_driver = {

.name ="pci_skel",

.id_table = ids,

.probe = probe,

.remove =remove,
};

通常在模塊初始化代碼中，注冊pci驅動。比如:

static int __init pci_skel_init(void)

{

return pci_register_driver(&pci_driver);

}

2.6更新后，在支持PCI熱插拔、或CardBus系統上，PCI設備可以出現在任何時刻。

在系統運行時刻，通過寫值到驅動的new_id中，指定驅動支持的新設備（原內核未認知的設備）。

當PCI驅動被卸載時，需要調用pci_unregister_driver。例如：

static void __exit pci_skel_exit(void)

{

pci_unregister_driver(&pci_driver);

}

8.??使能PCI設備

在PCI的探測函數中，在驅動訪問PCI設備的任何資源之前（IO區域或資源），驅動程序必須調用函數：

int pci_enable_device(struct pci_dev *dev);

用來激活設備。

9.??訪問配置空間

在驅動監測到設備之后，通常需要訪問三個區域：內存、IO區域、配置空間。

訪問配置空間尤其重要，因為需要通過配置空間找到內存區域映射和IO區域映射。

linux提供了一套訪問配置空間的標準接口。

對驅動而言，可通過8、16、32位數據傳輸訪問配置空間。相關的函數定義在<linux/
pci.h>:中：

int pci_read_config_byte(struct pci_dev*dev, int where, u8 *val);
int pci_read_config_word(struct pci_dev *dev, int where, u16 *val);
int pci_read_config_dword(struct pci_dev *dev, int where, u32 *val);

dev:訪問設備的邏輯表示

where:要讀取位置在配置空間中的位移

*val:讀取的值

不需要考慮字節序，會自動轉換。

int pci_write_config_byte(struct pci_dev*dev, int where, u8 val);
int pci_write_config_word(struct pci_dev *dev, int where, u16 val);
int pci_write_config_dword(struct pci_dev *dev, int where, u32 val);

dev:寫入設備的邏輯表示

where:要寫入位置在配置空間中的位移

*val:寫入的值

不需要考慮字節序，會自動轉換。

在驅動未獲得pci_dev時，可使用如上函數讀寫配置空間

int pci_bus_read_config_byte (structpci_bus *bus, unsigned int devfn, int
where, u8 *val);
int pci_bus_read_config_word (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int
where, u16 *val);
int pci_bus_read_config_dword (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int
where, u32 *val);

int pci_bus_write_config_byte (structpci_bus *bus, unsigned int devfn, int
where, u8 val);
int pci_bus_write_config_word (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int
where, u16 val);
int pci_bus_write_config_dword (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int
where, u32 val);

訪問配置空間的最好方式是通過pci_read_系列函數，例如：

static unsigned charskel_get_revision(struct pci_dev *dev)
{

u8 revision;

pci_read_config_byte(dev,PCI_REVISION_ID, &revision);

return revision;

}

10.??訪問IO和內存空間

一個PCI設備最多可實現6個IO地址區域。每個區域可以是內存或者IO地址。大多數設備在內存區域實現IO寄存器，這也是一個明智的方法。需要注意的是，和常規內存不同，IO寄存器不應該由CPU緩存，因為每次訪問都可能邊緣效應。為了取消這個默認設置，內存區域實現的IO寄存器，可以通過在其配置寄存器中設置“memory-is-prefetchable”。若是可預取的，CPU可緩存其內容并進行各種優化。若不是可預取的，則不能優化，因為每次訪問都有邊際效應，就行IO端口一樣。

接口板（PCI設備）通過6個32位的寄存器（PCI_BASE_ADDRESS_0到PCI_BASE_ADDRESS_5）聲明區域的大小和位置。所以最多實現6個IO地址區域。因為PCI的IO地址空間是32位的，所以不管是內存或IO區域使用相同的配置接口是有道理的。如果設備的數據總線是64位的，那么每個區域使用兩個連續的32位寄存器實現。一個PCI設備既提供32位區域又提供64位區域是有可能的。

內核已經把PCI設備的IO區域信息映射進了通用資源管理中。所以，不需要通過訪問配置寄存器來獲取IO區域信息。可以通過訪問/sys/bus/pci/devices/*/resource的內容獲取。但首選的方法是通過下列函數獲取。

unsigned long pci_resource_start(structpci_dev *dev, int bar);

unsigned long pci_resource_end(structpci_dev *dev, int bar);

bar：指定要獲取的區域（0到5）

unsigned long pci_resource_flags(structpci_dev *dev, int bar);

資源flag用來定義某個區域的特性。其中幾個重要的標志如下：

IORESOURCE_IO

IORESOURCE_MEM

IORESOURCE_PREFETCH

IORESOURCE_READONLY（PCI資源從不設置該標志）

驅動程序不需要訪問配置寄存器去獲得這些資源信息，因為系統已經構建了這些資源信息，驅動直接使用pci_resource_系列函數獲取即可。

11.??PCI中斷

在linux系統啟動時，已經為PCI設備分配了一個唯一的中斷號，位于配置空間的第60寄存器（PCI_INTERRUPT_LINE），一個字節長度，最多256個中斷號。第61個寄存器（PCI_INTERRUPT_PIN）說明PCI設備是否支持中斷，如果不支持，則為0，如果支持，非0.

如果是非0的，PCI_INTERRUPT_PIN的值是中斷引腳的編號（）。

驅動通過下面代碼讀取中斷號，以便使用：

result = pci_read_config_byte(dev,PCI_INTERRUPT_LINE, &myirq);

if (result) {

/* deal witherror */

}

12.??總結歸納

linux中：

先module初始化，內含pci初始化（對于pci設備而言）

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux 内核PCI驱动总结记录的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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