1、數據結構：
PCI設備上有三種地址空間：PCI的I/O空間、PCI的存儲空間和PCI的配置空間。CPU可以訪問PCI設備上的所有地址空間，其中I/O空間和存儲空間提供給設備驅動程序使用，而配置空間則由Linux內核中的PCI初始化代碼使用。內核在啟動時負責對所有PCI設備進行初始化，配置好所有的PCI設備，包括中斷號以及I/O基址，并在文件/proc/pci中列出所有找到的PCI設備，以及這些設備的參數和屬性。
- pci_driver
這個數據結構在文件include/linux/pci.h里，這是Linux內核版本2.4之后為新型的PCI設備驅動程序所添加的，其中最主要的是用于識別設備的id_table結構，以及用于檢測設備的函數probe( )和卸載設備的函數remove( )：

struct pci_driver {struct list_head node;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 (*save_state) (struct pci_dev *dev, u32 state);int (*suspend)(struct pci_dev *dev, u32 state);int (*resume) (struct pci_dev *dev);int (*enable_wake) (struct pci_dev *dev, u32 state, int enable); };

• pci_dev
  這個數據結構也在文件include/linux/pci.h里，它詳細描述了一個PCI設備幾乎所有的硬件信息，包括廠商ID、設備ID、各種資源等：

struct pci_dev {struct list_head global_list;struct list_head bus_list;struct pci_bus *bus;struct pci_bus *subordinate;void *sysdata;struct proc_dir_entry *procent;unsigned int devfn;unsigned short vendor;unsigned short device;unsigned short subsystem_vendor;unsigned short subsystem_device;unsigned int class;u8 hdr_type;u8 rom_base_reg;struct pci_driver *driver;void *driver_data;u64 dma_mask;u32 current_state;unsigned short vendor_compatible[DEVICE_COUNT_COMPATIBLE];unsigned short device_compatible[DEVICE_COUNT_COMPATIBLE];unsigned int irq;struct resource resource[DEVICE_COUNT_RESOURCE];struct resource dma_resource[DEVICE_COUNT_DMA];struct resource irq_resource[DEVICE_COUNT_IRQ];char name[80];char slot_name[8];int active;int ro;unsigned short regs;int (*prepare)(struct pci_dev *dev);int (*activate)(struct pci_dev *dev);int (*deactivate)(struct pci_dev *dev); };

2、基本框架
在用模塊方式實現PCI設備驅動程序時，通常至少要實現以下幾個部分：初始化設備模塊、設備打開模塊、數據讀寫和控制模塊、中斷處理模塊、設備釋放模塊、設備卸載模塊。下面給出一個典型的PCI設備驅動程序的基本框架，從中不難體會到這幾個關鍵模塊是如何組織起來的：

/* 指明該驅動程序適用于哪一些PCI設備 */ static struct pci_device_id demo_pci_tbl [] __initdata = {{PCI_VENDOR_ID_DEMO, PCI_DEVICE_ID_DEMO,PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, DEMO},{0,} }; /* 對特定PCI設備進行描述的數據結構 */ struct demo_card {unsigned int magic;/* 使用鏈表保存所有同類的PCI設備 */struct demo_card *next;/* ... */ } /* 中斷處理模塊 */ static void demo_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) {/* ... */ } /* 設備文件操作接口 */ static struct file_operations demo_fops = {owner: THIS_MODULE, /* demo_fops所屬的設備模塊 */read: demo_read, /* 讀設備操作*/write: demo_write, /* 寫設備操作*/ioctl: demo_ioctl, /* 控制設備操作*/mmap: demo_mmap, /* 內存重映射操作*/open: demo_open, /* 打開設備操作*/release: demo_release /* 釋放設備操作*//* ... */ }; /* 設備模塊信息 */ static struct pci_driver demo_pci_driver = {name: demo_MODULE_NAME, /* 設備模塊名稱 */id_table: demo_pci_tbl, /* 能夠驅動的設備列表 */probe: demo_probe, /* 查找并初始化設備 */remove: demo_remove /* 卸載設備模塊 *//* ... */ }; static int __init demo_init_module (void) {/* ... */ } static void __exit demo_cleanup_module (void) {pci_unregister_driver(&demo_pci_driver); } /* 加載驅動程序模塊入口 */ module_init(demo_init_module); /* 卸載驅動程序模塊入口 */ module_exit(demo_cleanup_module);

3、初始化設備模塊
當Linux內核啟動并完成對所有PCI設備進行掃描、登錄和分配資源等初始化操作的同時，會建立起系統中所有PCI設備的拓撲結構，此后當PCI驅動程序需要對設備進行初始化時，一般都會調用如下的代碼：

static int __init demo_init_module (void) {/* 檢查系統是否支持PCI總線 */if (!pci_present())return -ENODEV;/* 注冊硬件驅動程序 */if (!pci_register_driver(&demo_pci_driver)) {pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);return -ENODEV;}/* ... */return 0; }

驅動程序首先調用函數pci_present( )檢查PCI總線是否已經被Linux內核支持，如果系統支持PCI總線結構，這個函數的返回值為0，如果驅動程序在調用這個函數時得到了一個非0的返回值，那么驅動程序就必須得中止自己的任務了。在2.4內核以后更好的辦法是調用pci_register_driver( )函數來注冊PCI設備的驅動程序，此時需要提供一個pci_driver結構，在該結構中給出的probe探測例程將負責完成對硬件的檢測工作。

static int __init demo_probe(struct pci_dev *pci_dev, const struct pci_device_id *pci_id) {struct demo_card *card;/* 啟動PCI設備 */if (pci_enable_device(pci_dev))return -EIO;/* 設備DMA標識 */if (pci_set_dma_mask(pci_dev, DEMO_DMA_MASK)) {return -ENODEV;}/* 在內核空間中動態申請內存 */if ((card = kmalloc(sizeof(struct demo_card), GFP_KERNEL)) == NULL) {printk(KERN_ERR "pci_demo: out of memory\n");return -ENOMEM;}memset(card, 0, sizeof(*card));/* 讀取PCI配置信息 */card->iobase = pci_resource_start (pci_dev, 1);card->pci_dev = pci_dev;card->pci_id = pci_id->device;card->irq = pci_dev->irq;card->next = devs;card->magic = DEMO_CARD_MAGIC;/* 設置成總線主DMA模式 */ pci_set_master(pci_dev);/* 申請I/O資源 */request_region(card->iobase, 64, card_names[pci_id->driver_data]);return 0; }

4、打開設備模塊
在這個模塊里主要實現申請中斷、檢查讀寫模式以及申請對設備的控制權等。在申請控制權的時候，非阻塞方式遇忙返回，否則進程主動接受調度，進入睡眠狀態，等待其它進程釋放對設備的控制權。

static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file) {/* 申請中斷，注冊中斷處理程序 */request_irq(card->irq, &demo_interrupt, SA_SHIRQ,card_names[pci_id->driver_data], card)) {/* 檢查讀寫模式 */if(file->f_mode & FMODE_READ) {/* ... */}if(file->f_mode & FMODE_WRITE) {/* ... */}/* 申請對設備的控制權 */down(&card->open_sem);while(card->open_mode & file->f_mode) {if (file->f_flags & O_NONBLOCK) {/* NONBLOCK模式，返回-EBUSY */up(&card->open_sem);return -EBUSY;} else {/* 等待調度，獲得控制權 */card->open_mode |= f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE);up(&card->open_sem);/* 設備打開計數增1 */MOD_INC_USE_COUNT;/* ... */}} }

5、數據讀寫和控制模塊
PCI設備驅動程序可以通過demo_fops 結構中的函數demo_ioctl( )，向應用程序提供對硬件進行控制的接口。例如，通過它可以從I/O寄存器里讀取一個數據，并傳送到用戶空間里：

static int demo_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg) {/* ... */switch(cmd) {case DEMO_RDATA:/* 從I/O端口讀取4字節的數據 */val = inl(card->iobae + 0x10);/* 將讀取的數據傳輸到用戶空間 */return 0;}/* ... */ }

事實上，在demo_fops里還可以實現諸如demo_read( )、demo_mmap( )等操作，Linux內核源碼中的driver目錄里提供了許多設備驅動程序的源代碼，找那里可以找到類似的例子。在對資源的訪問方式上，除了有I/O指令以外，還有對外設I/O內存的訪問。對這些內存的操作一方面可以通過把I/O內存重新映射后作為普通內存進行操作，另一方面也可以通過總線主DMA（Bus Master DMA）的方式讓設備把數據通過DMA傳送到系統內存中。

6、中斷處理模塊
PC的中斷資源比較有限，只有0~15的中斷號，因此大部分外部設備都是以共享的形式申請中斷號的。當中斷發生的時候，中斷處理程序首先負責對中斷進行識別，然后再做進一步的處理。

static void demo_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) {struct demo_card *card = (struct demo_card *)dev_id;u32 status;spin_lock(&card->lock);/* 識別中斷 */status = inl(card->iobase + GLOB_STA);if(!(status & INT_MASK)){spin_unlock(&card->lock);return; /* not for us */}/* 告訴設備已經收到中斷 */outl(status & INT_MASK, card->iobase + GLOB_STA);spin_unlock(&card->lock);/* 其它進一步的處理，如更新DMA緩沖區指針等 */ }

7、釋放設備模塊
釋放設備模塊主要負責釋放對設備的控制權，釋放占用的內存和中斷等，所做的事情正好與打開設備模塊相反：

static int demo_release(struct inode *inode, struct file *file) {/* ... *//* 釋放對設備的控制權 */card->open_mode &= (FMODE_READ | FMODE_WRITE);/* 喚醒其它等待獲取控制權的進程 */wake_up(&card->open_wait);up(&card->open_sem);/* 釋放中斷 */free_irq(card->irq, card);/* 設備打開計數增1 */MOD_DEC_USE_COUNT;/* ... */ }

8、卸載設備模塊
卸載設備模塊與初始化設備模塊是相對應的，實現起來相對比較簡單，主要是調用函數pci_unregister_driver( )從Linux內核中注銷設備驅動程序：

static void __exit demo_cleanup_module (void) {pci_unregister_driver(&demo_pci_driver); }

總結

以上是生活随笔為你收集整理的PCI驱动程序实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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