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Linux的PCI驱动介绍（入门）

發(fā)布時間：2023/12/18 linux 37 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Linux的PCI驱动介绍（入门）小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

1. 關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

PCI設(shè)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(shè)備上的所有地址空間，其中I/O空間和存儲空間提供給設(shè)備驅(qū)動程序使用，而配置空間則由Linux內(nèi)核中的PCI初始化代碼使用。內(nèi)核在啟動時負(fù)責(zé)對所有PCI設(shè)備進(jìn)行初始化，配置好所有的PCI設(shè)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(shè)備，以及這些設(shè)備的參數(shù)和屬性。

Linux驅(qū)動程序通常使用結(jié)構(gòu)（struct）來表示一種設(shè)備，而結(jié)構(gòu)體中的變量則代表某一具體設(shè)備，該變量存放了與該設(shè)備相關(guān)的所有信息。好的驅(qū)動程序都應(yīng)該能驅(qū)動多個同種設(shè)備，每個設(shè)備之間用次設(shè)備號進(jìn)行區(qū)分，如果采用結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來代表所有能由該驅(qū)動程序驅(qū)動的設(shè)備，那么就可以簡單地使用數(shù)組下標(biāo)來表示次設(shè)備號。

在PCI驅(qū)動程序中，下面幾個關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)起著非常核心的作用：?

? pci_driver?

這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在文件include/linux/pci.h里，這是Linux內(nèi)核版本2.4之后為新型的PCI設(shè)備驅(qū)動程序所添加的，其中最主要的是用于識別設(shè)備的id_table結(jié)構(gòu)，以及用于檢測設(shè)備的函數(shù)probe( )和卸載設(shè)備的函數(shù)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也在文件include/linux/pci.h里，它詳細(xì)描述了一個PCI設(shè)備幾乎所有的硬件信息，包括廠商ID、設(shè)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(xiàn)PCI設(shè)備驅(qū)動程序時，通常至少要實現(xiàn)以下幾個部分：初始化設(shè)備模塊、設(shè)備打開模塊、數(shù)據(jù)讀寫和控制模塊、中斷處理模塊、設(shè)備釋放模塊、設(shè)備卸載模塊。下面給出一個典型的PCI設(shè)備驅(qū)動程序的基本框架，從中不難體會到這幾個關(guān)鍵模塊是如何組織起來的。

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,}

};

struct demo_card {

? ? unsigned int magic;

? ?

? ? struct demo_card *next; ? ?

? ?

}

static void demo_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)

{

? ?

}

static struct file_operations demo_fops = {

? ? owner: ? ? ?THIS_MODULE, ?

? ? read: ? ? ? demo_read, ? ?

? ? write: ? ? ?demo_write, ? ?

? ? ioctl: ? ? ?demo_ioctl, ? ?

? ? mmap: ? ? ? demo_mmap, ? ?

? ? open: ? ? ? demo_open, ? ?

? ? release: ? ?demo_release ? ?

? ?

};

static struct pci_driver demo_pci_driver = {

? ? name: ? ? ? demo_MODULE_NAME, ? ?

? ? id_table: ? demo_pci_tbl, ? ?

? ? probe: ? ? ?demo_probe, ? ?

? ? remove: ? ? demo_remove ? ?

? ?

};

static int __init demo_init_module (void)

{

? ?

}

static void __exit demo_cleanup_module (void)

{

? ? pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);

}

module_init(demo_init_module);

module_exit(demo_cleanup_module);

上面這段代碼給出了一個典型的PCI設(shè)備驅(qū)動程序的框架，是一種相對固定的模式。需要注意的是，同加載和卸載模塊相關(guān)的函數(shù)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都要在前面加上__init、__exit等標(biāo)志符，以使同普通函數(shù)區(qū)分開來。構(gòu)造出這樣一個框架之后，接下去的工作就是如何完成框架內(nèi)的各個功能模塊了。

3. 初始化設(shè)備模塊

在Linux系統(tǒng)下，想要完成對一個PCI設(shè)備的初始化，需要完成以下工作：

? 檢查PCI總線是否被Linux內(nèi)核支持；?

? 檢查設(shè)備是否插在總線插槽上，如果在的話則保存它所占用的插槽的位置等信息。?

? 讀出配置頭中的信息提供給驅(qū)動程序使用。?

當(dāng)Linux內(nèi)核啟動并完成對所有PCI設(shè)備進(jìn)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(tǒng)中所有PCI設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此后當(dāng)PCI驅(qū)動程序需要對設(shè)備進(jìn)行初始化時，一般都會調(diào)用如下的代碼：

static int __init demo_init_module (void)

{

? ?

? ? if (!pci_present())

? ? ? ? return -ENODEV;

? ?

? ? if (!pci_register_driver(&demo_pci_driver)) {

? ? ? ? pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);

? ? ? ? ? ? ? ? return -ENODEV;

? ? }

? ? ??

? ? return 0;

}

驅(qū)動程序首先調(diào)用函數(shù)pci_present( )檢查PCI總線是否已經(jīng)被Linux內(nèi)核支持，如果系統(tǒng)支持PCI總線結(jié)構(gòu)，這個函數(shù)的返回值為0，如果驅(qū)動程序在調(diào)用這個函數(shù)時得到了一個非0的返回值，那么驅(qū)動程序就必須得中止自己的任務(wù)了。在2.4以前的內(nèi)核中，需要手工調(diào)用pci_find_device( )函數(shù)來查找PCI設(shè)備，但在2.4以后更好的辦法是調(diào)用pci_register_driver( )函數(shù)來注冊PCI設(shè)備的驅(qū)動程序，此時需要提供一個pci_driver結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中給出的probe探測例程將負(fù)責(zé)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;

? ?

? ? if (pci_enable_device(pci_dev))

? ? ? ? return -EIO;

? ?

? ? if (pci_set_dma_mask(pci_dev, DEMO_DMA_MASK)) {

? ? ? ? return -ENODEV;

? ? }

? ?

? ? 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));

? ?

? ? 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;

? ? ? ?

? ? pci_set_master(pci_dev);

? ?

? ? request_region(card->iobase, 64, card_names[pci_id->driver_data]);

? ? return 0;

}

4. 打開設(shè)備模塊

在這個模塊里主要實現(xiàn)申請中斷、檢查讀寫模式以及申請對設(shè)備的控制權(quán)等。在申請控制權(quán)的時候，非阻塞方式遇忙返回，否則進(jìn)程主動接受調(diào)度，進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待其它進(jìn)程釋放對設(shè)備的控制權(quán)。

static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file)

{

? ?

? ? request_irq(card->irq, &demo_interrupt, SA_SHIRQ,

? ? ? ? card_names[pci_id->driver_data], card)) {

? ?

? ? if(file->f_mode & FMODE_READ) {

? ? ? ?

? ? }

? ? if(file->f_mode & FMODE_WRITE) {

? ? ? ?

? ? } ? ?

? ?

? ? down(&card->open_sem);

? ? while(card->open_mode & file->f_mode) {

? ? ? ? if (file->f_flags & O_NONBLOCK) {

? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? up(&card->open_sem);

? ? ? ? ? ? return -EBUSY;

? ? ? ? } else {

? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? card->open_mode |= f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE);

? ? ? ? ? ? up(&card->open_sem);

? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? MOD_INC_USE_COUNT;

? ? ? ? ? ?

? ? ? ? }

? ? }

}

5. 數(shù)據(jù)讀寫和控制信息模塊

PCI設(shè)備驅(qū)動程序可以通過demo_fops 結(jié)構(gòu)中的函數(shù)demo_ioctl( )，向應(yīng)用程序提供對硬件進(jìn)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(shù)據(jù)，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:

? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? val = inl(card->iobae + 0x10); ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? return 0;

? ? } ? ?

? ?

}

事實上，在demo_fops里還可以實現(xiàn)諸如demo_read( )、demo_mmap( )等操作，Linux內(nèi)核源碼中的driver目錄里提供了許多設(shè)備驅(qū)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(shè)I/O內(nèi)存的訪問。對這些內(nèi)存的操作一方面可以通過把I/O內(nèi)存重新映射后作為普通內(nèi)存進(jìn)行操作，另一方面也可以通過總線主DMA（Bus Master DMA）的方式讓設(shè)備把數(shù)據(jù)通過DMA傳送到系統(tǒng)內(nèi)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(shè)備都是以共享的形式申請中斷號的。當(dāng)中斷發(fā)生的時候，中斷處理程序首先負(fù)責(zé)對中斷進(jìn)行識別，然后再做進(jìn)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);

? ?

? ? status = inl(card->iobase + GLOB_STA);

? ? if(!(status & INT_MASK))?

? ? {

? ? ? ? spin_unlock(&card->lock);

? ? ? ? return; ?

? ? }

? ?

? ? outl(status & INT_MASK, card->iobase + GLOB_STA);

? ? spin_unlock(&card->lock); ? ?

? ?

}

7. 釋放設(shè)備模塊

釋放設(shè)備模塊主要負(fù)責(zé)釋放對設(shè)備的控制權(quán)，釋放占用的內(nèi)存和中斷等，所做的事情正好與打開設(shè)備模塊相反：

static int demo_release(struct inode *inode, struct file *file)

{

? ? ? ?

? ?

? ? card->open_mode &= (FMODE_READ | FMODE_WRITE); ? ?

? ?

? ? wake_up(&card->open_wait);

? ? up(&card->open_sem); ? ?

? ?

? ? free_irq(card->irq, card); ? ?

? ?

? ? MOD_DEC_USE_COUNT; ? ?

? ? ?

}

8. 卸載設(shè)備模塊

卸載設(shè)備模塊與初始化設(shè)備模塊是相對應(yīng)的，實現(xiàn)起來相對比較簡單，主要是調(diào)用函數(shù)pci_unregister_driver( )從Linux內(nèi)核中注銷設(shè)備驅(qū)動程序：?

static void __exit demo_cleanup_module (void)

{

? ? pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);

}

三、PCI驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)

1.?關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在PCI驅(qū)動程序中，下面幾個關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)起著非常核心的作用：

pci_driver

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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也在文件include/linux/pci.h里，它詳細(xì)描述了一個PCI設(shè)備幾乎所有的硬件信息，包括廠商ID、設(shè)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

/*?指明該驅(qū)動程序適用于哪一些PCI設(shè)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(shè)備進(jìn)行描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?*/

struct demo_card {

??? unsigned int magic;

??? /*?使用鏈表保存所有同類的PCI設(shè)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(shè)備文件操作接口?*/

static struct file_operations demo_fops = {

??? owner:????? THIS_MODULE,?? /* demo_fops所屬的設(shè)備模塊?*/

??? read:?????? demo_read,??? /*?讀設(shè)備操作*/

??? write:????? demo_write,??? /*?寫設(shè)備操作*/

??? ioctl:????? demo_ioctl,??? /*?控制設(shè)備操作*/

??? mmap:?????? demo_mmap,??? /*?內(nèi)存重映射操作*/

??? open:?????? demo_open,??? /*?打開設(shè)備操作*/

??? release:??? demo_release??? /*?釋放設(shè)備操作*/

??? /* ... */

};

/*?設(shè)備模塊信息?*/

static struct pci_driver demo_pci_driver = {

??? name:??? ???demo_MODULE_NAME,??? /*?設(shè)備模塊名稱?*/

??? id_table:?? demo_pci_tbl,??? /*?能夠驅(qū)動的設(shè)備列表?*/

??? probe:????? demo_probe,??? /*?查找并初始化設(shè)備?*/

??? remove:???? demo_remove??? /*?卸載設(shè)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(qū)動程序模塊入口?*/

module_init(demo_init_module);

/*?卸載驅(qū)動程序模塊入口?*/

module_exit(demo_cleanup_module);

3.?初始化設(shè)備模塊

在Linux系統(tǒng)下，想要完成對一個PCI設(shè)備的初始化，需要完成以下工作：

檢查PCI總線是否被Linux內(nèi)核支持；
檢查設(shè)備是否插在總線插槽上，如果在的話則保存它所占用的插槽的位置等信息。
讀出配置頭中的信息提供給驅(qū)動程序使用。

static int __init demo_init_module (void)

{

??? /*?檢查系統(tǒng)是否支持PCI總線?*/

??? if (!pci_present())

??????? return -ENODEV;

??? /*?注冊硬件驅(qū)動程序?*/

??? if (!pci_register_driver(&demo_pci_driver)) {

??????? pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);

??????????????? return -ENODEV;

??? }

??? /* ... */

??? return 0;

}

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(shè)備?*/

??? if (pci_enable_device(pci_dev))

??????? return -EIO;

??? /*?設(shè)備DMA標(biāo)識?*/

??? if (pci_set_dma_mask(pci_dev, DEMO_DMA_MASK)) {

??????? return -ENODEV;

??? }

??? /*?在內(nèi)核空間中動態(tài)申請內(nèi)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(shè)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(shè)備模塊

在這個模塊里主要實現(xiàn)申請中斷、檢查讀寫模式以及申請對設(shè)備的控制權(quán)等。在申請控制權(quán)的時候，非阻塞方式遇忙返回，否則進(jìn)程主動接受調(diào)度，進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待其它進(jìn)程釋放對設(shè)備的控制權(quán)。
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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(shè)備的控制權(quán)?*/

??? 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(diào)度，獲得控制權(quán)?*/

??????????? card->open_mode |= f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE);

??????????? up(&card->open_sem);

??????????? /*?設(shè)備打開計數(shù)增1 */

??????????? MOD_INC_USE_COUNT;

??????????? /* ... */

??????? }

??? }

}

5.?數(shù)據(jù)讀寫和控制信息模塊

PCI設(shè)備驅(qū)動程序可以通過demo_fops?結(jié)構(gòu)中的函數(shù)demo_ioctl( )，向應(yīng)用程序提供對硬件進(jìn)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(shù)據(jù)，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(jié)的數(shù)據(jù)?*/

??????????? val = inl(card->iobae + 0x10);

????????? ??

/*?將讀取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩艨臻g?*/

??????????? return 0;

??? }

???

??? /* ... */

}

6.?中斷處理模塊

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(shè)備已經(jīng)收到中斷?*/

??? outl(status & INT_MASK, card->iobase + GLOB_STA);

??? spin_unlock(&card->lock);

???

??? /*?其它進(jìn)一步的處理，如更新DMA緩沖區(qū)指針等?*/

}

7.?釋放設(shè)備模塊

釋放設(shè)備模塊主要負(fù)責(zé)釋放對設(shè)備的控制權(quán)，釋放占用的內(nèi)存和中斷等，所做的事情正好與打開設(shè)備模塊相反：

static int demo_release(struct inode *inode, struct file *file)

{

??? /* ... */

???

??? /*?釋放對設(shè)備的控制權(quán)?*/

??? card->open_mode &= (FMODE_READ | FMODE_WRITE);

???

??? /*?喚醒其它等待獲取控制權(quán)的進(jìn)程?*/

??? wake_up(&card->open_wait);

??? up(&card->open_sem);

???

??? /*?釋放中斷?*/

??? free_irq(card->irq, card);

???

??? /*?設(shè)備打開計數(shù)增1 */

??? MOD_DEC_USE_COUNT;

???

??? /* ... */?

}

8.?卸載設(shè)備模塊

卸載設(shè)備模塊與初始化設(shè)備模塊是相對應(yīng)的，實現(xiàn)起來相對比較簡單，主要是調(diào)用函數(shù)pci_unregister_driver( )從Linux內(nèi)核中注銷設(shè)備驅(qū)動程序：

static void __exit demo_cleanup_module (void)

{

??? pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);

}

四、小結(jié)

PCI總線不僅是目前應(yīng)用廣泛的計算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)，而且是一種兼容性最強、功能最全的計算機(jī)總線。而Linux作為一種新的操作系統(tǒng)，其發(fā)展前景是無法估量的，同時也為PCI總線與各種新型設(shè)備互連成為可能。由于Linux源碼開放，因此給連接到PCI總線上的任何設(shè)備編寫驅(qū)動程序變得相對容易。本文介紹如何編譯Linux下的PCI驅(qū)動程序，針對的內(nèi)核版本是2.4。

在LINUX的時鐘中斷中涉及至二個全局變量一個是xtime,它是timeval數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變量，另一個則是jiffies，首先看timeval結(jié)構(gòu)
struct timeval
{
??? time_t tv_sec; /***second***/
??? susecond_t tv_usec;/***microsecond***/
}
到底microsecond是毫秒還是微秒？？

1秒＝1000毫秒（3個零），1秒＝1000 000微秒（6個零），1秒＝1000 000 000納秒（9個零），1秒＝1000 000 000 000皮秒（12個零）。
秒用s表現(xiàn)，毫秒用ms,微秒用us表示，納秒用ns表示，皮秒用ps表示，他們的分級單位是千，即每次3個零。
混淆的原因找到了，由于毫秒用ms表示，所以我老是以為microsecond是毫秒，所以就把tv_usec理解錯了。
microsecond查詞霸也是微秒的意思（microsecond！=ms，microsecond==us），看來單位的表示迷惑了我，也迷惑了大多數(shù)人，請朋友們牢記這里，非常重要。

xtime是從cmos電路中取得的時間，一般是從某一歷史時刻開始到現(xiàn)在的時間，也就是為了取得我們操作系統(tǒng)上顯示的日期。這個就是所謂的“實時時鐘”，它的精確度是微秒。

jiffies是記錄著從電腦開機(jī)到現(xiàn)在總共的時鐘中斷次數(shù)。在linux內(nèi)核中jiffies遠(yuǎn)比xtime重要，那么他取決于系統(tǒng)的頻率，單位是Hz，這里不得不說一下頻率的單位，1MHz＝1000，000Hz（6個零），1KHz=1000Hz（3個零）.
頻率是周期的倒數(shù)，一般是一秒鐘中斷產(chǎn)生的次數(shù)，所以，假如我們需要知道系統(tǒng)的精確的時間單位時，需要換算了，假如我們系統(tǒng)的頻率是200Mhz,那么一次中斷的間隔是1秒/200,000，000Hz=0.000 000 005秒看一下上面我們的時間單位，對照一下小數(shù)點后面是9個零，所以理論上我們系統(tǒng)的精確度是5納秒。LINUX系統(tǒng)時鐘頻率是一個常數(shù)HZ來決定的，通常HZ＝100，那么他的精度度就是10ms（毫秒）。也就是說每10ms一次中斷。所以一般來說Linux的精確度是10毫秒。

"在 Linux 2.6 中，系統(tǒng)時鐘每 1 毫秒中斷一次（時鐘頻率，用 HZ 宏表示，定義為 1000，即每秒中斷 1000 次，2.4 中定義為 100，很多應(yīng)用程序也仍然沿用 100 的時鐘頻率），這個時間單位稱為一個 jiffie。"
"jiffies 與絕對時間之間的轉(zhuǎn)換, 用兩個宏來完成兩種時間單位的互換：JIFFIES_TO_NS()、NS_TO_JIFFIES()"
（當(dāng)然帶來了很多優(yōu)點，也有一些缺點）.

硬件給內(nèi)核提供一個系統(tǒng)定時器用以計算和管理時間，內(nèi)核通過編程預(yù)設(shè)系統(tǒng)定時器的頻率，即節(jié)拍率（tick rate),每一個周期稱作一個tick(節(jié)拍）。Linux內(nèi)核從2.5版內(nèi)核開始把頻率從100調(diào)高到1000（當(dāng)然帶來了很多優(yōu)點，也有一些缺點）.
?? jiffies是內(nèi)核中的一個全局變量，用來記錄自系統(tǒng)啟動一來產(chǎn)生的節(jié)拍數(shù)。譬如，如果計算系統(tǒng)運行了多長時間，可以用 jiffies/tick rate 來計算。jiffies定義在文件<linux/jiffies.h>中：

extern unsigned long volatile jiffies;

??? 可以利用jiffies設(shè)置超時等，譬如：

unsigned long timeout = jiffies + tick_rate * 2; // 2秒鐘后超時

???
??? if(time_before(jiffies, timeout){
?????? // 還沒有超時

??? }
??? else{
?????? // 已經(jīng)超時

??? }

??
???
內(nèi)核提供了四個宏來比較節(jié)拍計數(shù)，這些宏定義在文件<linux/jiffies.h>中：

??? time_before(unknown, known)
??? time_after(unknown, known)
??? time_before_eq(unknown, known)
??? time_after_eq(unknown, known)

??? 比較的時候用這些宏可以避免jiffies由于過大造成的回繞問題。

??? 除了系統(tǒng)定時器外，還有一個與時間有關(guān)的時鐘：實時時鐘（RTC），這是一個硬件時鐘，用來持久存放系統(tǒng)時間，系統(tǒng)關(guān)閉后靠主板上的微型電池保持計時。系統(tǒng)啟動時，內(nèi)核通過讀取RTC來初始化Wall Time,并存放在xtime變量中，這是RTC最主要的作用。

?????? ///網(wǎng)絡(luò)相關(guān)函數(shù)內(nèi)容詳解//

?
1.linux HZ

Linux核心幾個重要跟時間有關(guān)的名詞或變數(shù)，以下將介紹HZ、tick與jiffies。

Linux核心每隔固定周期會發(fā)出timer interrupt (IRQ 0)，HZ是用來定義每一秒有幾次timer interrupts。舉例來說，HZ為1000，代表每秒有1000次timer interrupts。 HZ可在編譯核心時設(shè)定，如下所示(以核心版本2.6.20-15為例)：

desktop:~$ cd /usr/src/linux

desktop:/usr/src/linux$ make menuconfig

Processor type and features? ??Timer frequency (250 HZ)?

其中HZ可設(shè)定100? ?250? 300或1000

小實驗

觀察/proc/interrupt的timer中斷次數(shù)，并于一秒后再次觀察其值。理論上，兩者應(yīng)該相差250左右。

adrian@adrian-desktop:~$ cat /proc/interrupts | grep timer && sleep 1 && cat /proc/interrupts | grep timer

0: 9309306 IO-APIC-edge timer

0: 9309562 IO-APIC-edge timer

上面四個欄位分別為中斷號碼、CPU中斷次數(shù)、PIC與裝置名稱。

要檢查系統(tǒng)上HZ的值是什么，就執(zhí)行命令

cat kernel/.config | grep '^CONFIG_HZ='

2.Tick

Tick是HZ的倒數(shù)，意即timer interrupt每發(fā)生一次中斷的時間。如HZ為250時，tick為4毫秒(millisecond)。

3.Jiffies

Jiffies為Linux核心變數(shù)(unsigned long)，它被用來記錄系統(tǒng)自開機(jī)以來，已經(jīng)過了多少tick。每發(fā)生一次timer interrupt，Jiffies變數(shù)會被加一。值得注意的是，Jiffies于系統(tǒng)開機(jī)時，并非初始化成零，而是被設(shè)為-300*HZ (arch/i386/kernel/time.c)，即代表系統(tǒng)于開機(jī)五分鐘后，jiffies便會溢位。那溢位怎么辦?事實上，Linux核心定義幾個macro(timer_after、time_after_eq、time_before與time_before_eq)，即便是溢位，也能借由這幾個macro正確地取得jiffies的內(nèi)容。

另外，80x86架構(gòu)定義一個與jiffies相關(guān)的變數(shù)jiffies_64 ，此變數(shù)64位元，要等到此變數(shù)溢位可能要好幾百萬年。因此要等到溢位這刻發(fā)生應(yīng)該很難吧。

3.1 jiffies及其溢出

全局變量jiffies取值為自操作系統(tǒng)啟動以來的時鐘滴答的數(shù)目，在頭文件<linux/sched.h>中定義，數(shù)據(jù)類型為unsigned long volatile (32位無符號長整型)。

jiffies轉(zhuǎn)換為秒可采用公式：(jiffies/HZ)計算，

將秒轉(zhuǎn)換為jiffies可采用公式：(seconds*HZ)計算。

當(dāng)時鐘中斷發(fā)生時，jiffies 值就加1。因此連續(xù)累加一年又四個多月后就會溢出(假定HZ=100，1個jiffies等于1/100秒，jiffies可記錄的最大秒數(shù)為 (2^32 -1)/100=42949672.95秒，約合497天或1.38年)，即當(dāng)取值到達(dá)最大值時繼續(xù)加1，就變?yōu)榱?。

3.4 ?Linux內(nèi)核如何來防止jiffies溢出

Linux內(nèi)核中提供了以下四個宏，可有效解決由于jiffies溢出而造成程序邏輯出錯的情況。下面是從Linux Kernel 2.6.7版本中摘取出來的代碼：

* These inlines deal with timer wrapping correctly. You are

* strongly encouraged to use them

* 1. Because people otherwise forget

* 2. Because if the timer wrap changes in future you won't have to

* alter your driver code.

* time_after(a,b) returns true if the time a is after time b.

* Do this with "<0" and ">=0" to only test the sign of the result. A

* good compiler would generate better code (and a really good compiler

* wouldn't care). Gcc is currently neither.

#define time_after(a,b) \

(typecheck(unsigned long, a) && \

typecheck(unsigned long, b) && \

((long)(b) - (long)(a) < 0))

#define time_before(a,b) time_after(b,a)

#define time_after_eq(a,b) \

(typecheck(unsigned long, a) && \

typecheck(unsigned long, b) && \

((long)(a) - (long)(b) >= 0))

#define time_before_eq(a,b) time_after_eq(b,a)

在宏time_after中，首先確保兩個輸入?yún)?shù)a和b的數(shù)據(jù)類型為unsigned long，然后才執(zhí)行實際的比較。

8. 結(jié)論

系統(tǒng)中采用jiffies來計算時間，但由于jiffies溢出可能造成時間比較的錯誤，因而強烈建議在編碼中使用 time_after等宏來比較時間先后關(guān)系，這些宏可以放心使用。

內(nèi)核時鐘：

內(nèi)核使用硬件提供的不同時鐘來提供依賴于時間的服務(wù)，如busy-waiting（浪費CPU周期）和sleep-waiting（放棄CPU）

5.HZ and Jiffies

????? jiffies記錄了系統(tǒng)啟動后的滴答數(shù)，常用的函數(shù)：time_before()、 time_after()、time_after_eq()、time_before_eq()。因為jiffies隨時鐘滴答變化，不能用編譯器優(yōu)化它，應(yīng)取volatile值。

????? 32位jiffies變量會在50天后溢出，太小，因此內(nèi)核提供變量jiffies_64來hold 64位jiffies。該64位的低32位即為jiffies，在32位機(jī)上需要兩天指令來賦值64位數(shù)據(jù)，不是原子的，因此內(nèi)核提供函數(shù) get_jiffies_64()。

6.Long Delays

??? busy-wait：timebefore(),使CPU忙等待；sleep-wait：shedule_timeout(截至?xí)r間)；無論在內(nèi)核空間還是用戶空間，都沒有比HZ更精確的控制了，因為時間片都是根據(jù)滴答更新的，而且即使定義了您的進(jìn)程在超過指定時間后運行，調(diào)度器也可能根據(jù)優(yōu)先級選擇其他進(jìn)程執(zhí)行。

??? sleep-wait()：wait_event_timeout()用于在滿足某個條件或超時后重新執(zhí)行，msleep()睡眠指定的ms后重新進(jìn)入就緒隊列，這些長延遲僅適用于進(jìn)程上下文，在中斷上下文中不能睡眠也不能長時間busy-waiting。

內(nèi)核提供了timer API來在一定時間后執(zhí)行某個函數(shù)：

#include <linux/timer.h>

struct timer_list my_timer;

init_timer(&my_timer);??????????? /* Also see setup_timer() */

my_timer.expire = jiffies + n*HZ; /* n is the timeout in number??????????????????????????????????? of seconds */

my_timer.function = timer_func;?? /* Function to execute

???????????????????????????????????? after n seconds */

my_timer.data = func_parameter;?? /* Parameter to be passed?????????????????????????????????? to timer_func */

add_timer(&my_timer);???????????? ???/*Start the timer*/

如果您想周期性執(zhí)行上述代碼，那么把它們加入timer_func()函數(shù)。您使用mod_timer()來改變my_timer的超時值，del_timer()來刪掉my_timer，用timer_pending()查看是否my_timer處于掛起狀態(tài)。

??? 用戶空間函數(shù)clock_settime()和clock_gettime()用于獲取內(nèi)核時鐘服務(wù)。用戶應(yīng)用程序使用setitimer()和getitimer()來控制alarm信號的傳遞當(dāng)指定超時發(fā)生后。

8.Real Time Clock

???? RTC時鐘track絕對時間。RTC電池常超過computer生存期。可以用RTC完成以下功能：（1）讀或設(shè)置絕對時鐘，并在clock updates時產(chǎn)生中斷；（2）以2HZ到8192HZ來產(chǎn)生周期性中斷；（3）設(shè)置alarms。

?? ?jiffies僅是相對于系統(tǒng)啟動的相對時間，如果想獲取absolute time或wall time，則需要使用RTC，內(nèi)核用變量xtime來記錄，當(dāng)系統(tǒng)啟動時，讀取RTC并記錄在xtime中，當(dāng)系統(tǒng)halt時，則將wall time寫回RTC，函數(shù)do_gettimeofday()來讀取wall time。

#include <linux/time.h>

static struct timeval curr_time;

do_gettimeofday(&curr_time);

my_timestamp = cpu_to_le32(curr_time.tv_sec); /* Record timestamp */

??? 用戶空間獲取wall time的函數(shù)：time()返回calendar time或從00：00：00 on January 1，1970的秒數(shù)；（2）localtime()：返回calendar time in broken-down format；（3）mktime()：與 localtime()相反；（4）gettimeofday()以microsecond 精確度返回calendar時間。

??? 另外一個獲取RTC的方法是通過字符設(shè)備/dev/rtc，一個時刻僅允許一個處理器訪問它。

9.時鐘和定時器

時鐘和定時器對Linux內(nèi)核來說十分重要。首先，內(nèi)核要管理系統(tǒng)的運行時間(uptime)和當(dāng)前墻上時間(wall time)，即當(dāng)前實際時間。其次，內(nèi)核中大量的活動由時間驅(qū)動。

9.1實時時鐘

??? 內(nèi)核必須借助硬件來實現(xiàn)時間管理。實時時鐘是用來持久存放系統(tǒng)時間的設(shè)備，它通過主板電池供電，所以即便在關(guān)閉計算機(jī)系統(tǒng)之后，實時時鐘仍然能繼續(xù)工作。

??? 系統(tǒng)啟動時，內(nèi)核讀取實時時鐘，將所讀的時間存放在變量xtime中作為墻上時間(wall time)，xtime保存著從1970年1月1日0:00到當(dāng)前時刻所經(jīng)歷的秒數(shù)。雖然在Intel x86機(jī)器上，內(nèi)核會周期性地將當(dāng)前時間存回實時時鐘中，但應(yīng)該明確，實時時鐘的主要作用就是在啟動時初始化墻上時間xtime。

9.2系統(tǒng)定時器與動態(tài)定時器

??? 周期性發(fā)生的事件都是由系統(tǒng)定時器驅(qū)動。在X86體系結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)定時器通常是一種可編程硬件芯片，其產(chǎn)生的中斷就是時鐘中斷。時鐘中斷對應(yīng)的處理程序負(fù)責(zé)更新系統(tǒng)時間和執(zhí)行周期性運行的任務(wù)。系統(tǒng)定時器的頻率稱為節(jié)拍率(tick rate)，在內(nèi)核中表示為HZ。

??? 以X86為例，在2.4之前的內(nèi)核中其大小為100；從內(nèi)核2.6開始，HZ = 1000，也就是說每秒時鐘中斷發(fā)生1000次。這一變化使得系統(tǒng)定時器的精度(resolution)由10ms提高到1ms，這大大提高了系統(tǒng)對于時間驅(qū)動事件調(diào)度的精確性。過于頻繁的時鐘中斷不可避免地增加了系統(tǒng)開銷。

??? 與系統(tǒng)定時器相對的是動態(tài)定時器，它是調(diào)度事件(執(zhí)行調(diào)度程序)在未來某個時刻發(fā)生的時機(jī)。內(nèi)核可以動態(tài)地創(chuàng)建或銷毀動態(tài)定時器。

??? 系統(tǒng)定時器及其中斷處理程序是內(nèi)核管理機(jī)制的中樞，下面是一些利用系統(tǒng)定時器周期執(zhí)行的工作(中斷處理程序所做的工作):

??? (1) 更新系統(tǒng)運行時間(uptime)

??? (2) 更新當(dāng)前墻上時間(wall time)

??? (3) 在對稱多處理器系統(tǒng)(SMP)上，均衡調(diào)度各處理器上的運行隊列

??? (4) 檢查當(dāng)前進(jìn)程是否用完了時間片(time slice)，如果用盡，則進(jìn)行重新調(diào)度

??? (5) 運行超時的動態(tài)定時器

??? (6) 更新資源耗盡和處理器時間的統(tǒng)計值

??? 內(nèi)核動態(tài)定時器依賴于系統(tǒng)時鐘中斷，因為只有在系統(tǒng)時鐘中斷發(fā)生后內(nèi)核才會去檢查當(dāng)前是否有超時的動態(tài)定時器。

---------------------------------------------------------

?? ?X86體系結(jié)構(gòu)中，內(nèi)核2.6.X的HZ = 1000，即系統(tǒng)時鐘中斷執(zhí)行粒度為1ms，這意味著系統(tǒng)中周期事情最快為1ms執(zhí)行一次，而不可能有更高的精度。動態(tài)定時器隨時都可能超時，但由于只有在系統(tǒng)時鐘中斷到來時內(nèi)核才會檢查執(zhí)行超時的動態(tài)定時器，所以動態(tài)定時器的平均誤差大約為半個系統(tǒng)時鐘周期(即0.5ms).

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux的PCI驱动介绍（入门）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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