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PCIE設(shè)備的地址由總線號(hào)、設(shè)備號(hào)和功能號(hào)組成，分別稱為廠家ID、設(shè)備ID和設(shè)備類代碼

我們可以利用lspci工具了解這些概念。PCI工具集的一部分，下載地址為http://mj.ucw.cz/sw/pciutils/

下面這個(gè)照片是在xx.xx.xx.xx下面的shell終端下運(yùn)行l(wèi)spci，運(yùn)行l(wèi)spci

上面輸出代碼每行開(kāi)頭的邏輯地址(xx:yy.z).XX代表PCI的總線號(hào)。一個(gè)PCI域能夠容納256個(gè)總線。上圖中有3個(gè)PCI橋，引出來(lái)4條pci總線

YY是PCI設(shè)備編號(hào)。每個(gè)PCI總線可以支持32個(gè)PCI設(shè)備。Z表示PCI功能，每個(gè)PCI設(shè)備可以容納8個(gè)PCI功能。向上圖中的Advanced Micro devices設(shè)備就有兩個(gè)功能

在我們T1040插上Intel? Ethernet Controller I350 T4之后

輸入lspci可以看到如下輸出信息

由于是4個(gè)網(wǎng)口，所以這里對(duì)應(yīng)的功能號(hào)也是4個(gè)。回到我們的服務(wù)器上去，在服務(wù)器上面輸入lspci -t可以看到如下信息

對(duì)這個(gè)信息的理解你可以參考下面的體系架構(gòu)來(lái)畫(huà)出相應(yīng)的框圖，便于理解

從上面的輸出結(jié)果來(lái)看，我們的Advanced Micro devices，先從PCI總線開(kāi)始（標(biāo)號(hào)是0000），經(jīng)過(guò)PCI-PCI橋（00：01.0）。

PCI設(shè)備擁有256B的空間，用于存放配置寄存器。改空間是辨別PCI卡型號(hào)和性能的關(guān)鍵。我們可以查看配置去的詳細(xì)情況

在shell下面輸入lspci -x

如下圖

PCI寄存器是小端字節(jié)序格式，可以通過(guò)sysfs來(lái)查看PCI的配置，如下命令，查看命令和結(jié)果如下

對(duì)上圖進(jìn)行解釋，前面兩字節(jié)是廠家ID，表示生產(chǎn)廠家。PCI廠家ID在全球都是統(tǒng)一分配和管理的，在www.pcidatabase.com可以查看。PCI配置空間含義如下

對(duì)應(yīng)上上圖的輸出信息，翻譯起來(lái)就是

廠家ID是0x1002,設(shè)備ID是6778，設(shè)備類型代碼是0300，基址寄存器是0x000c-0000

子廠家ID是174b,子設(shè)備ID是d145,

配置空間中包含10字節(jié)用于表示設(shè)備類型的編碼。表示PCI橋設(shè)備類編碼的第一個(gè)字節(jié)是0x06,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類編碼的第一個(gè)字節(jié)是0x02,類編碼類型的定義見(jiàn)include/linux/pci_ids.h

PCI驅(qū)動(dòng)程序向PCI子系統(tǒng)注冊(cè)其支持的廠家ID、設(shè)備ID和設(shè)備類編碼。使用插入的卡通過(guò)配置空間被識(shí)別后，PCI子系統(tǒng)把插入的卡和對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)綁定

訪問(wèn)PCI

PCI設(shè)備包括3個(gè)尋址空間：配置空間、IO端口和設(shè)備內(nèi)存。

配置區(qū)

內(nèi)核為驅(qū)動(dòng)程序提供6個(gè)可以調(diào)用的函數(shù)來(lái)訪問(wèn)PCI配置區(qū)：

pci_read_config_[byte|word|dword](struct pci_dev *pdev,int offset,int *value);

pci_write_config_[byte|word|dword](struct pci_dev *pdev,int offset,int *value);

在參數(shù)列表中，strutc pci_dev是PCI設(shè)備結(jié)構(gòu)體，offset是想訪問(wèn)的配置空間中的字節(jié)位置。對(duì)讀函數(shù)來(lái)講，value是數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針；對(duì)寫函數(shù)來(lái)講，value放的是準(zhǔn)備寫的數(shù)據(jù)。

看看下面的例子。

要得到分配給某卡功能的中斷號(hào)，進(jìn)行如下操作

unsigend char_irq;

pci_read_config_byte(pdev,PCI_INTERRUPT_LINE,&irq);

按照PCI規(guī)定說(shuō)明，PCI配置空間偏移量地址60處存放卡的IRQ號(hào)，配置空間的偏移地址都在文件include/linux/pci_regs.h中有詳細(xì)定義，所以一般用到PCI_INTERRUPT_LINE 表示偏移地址。于此類似，要想讀PCI狀態(tài)寄存器(配置空間偏移6處)，進(jìn)行如下操作：

unsigned short status; ?pci_read_config_word(pdev,PCI_STATUS,&status);

配置去開(kāi)頭的64B是規(guī)范了的。其他地方由設(shè)備生產(chǎn)廠家按照自己的意思定義。

比如說(shuō)我們使用的Xircom卡，在64B偏移處的4個(gè)字節(jié)用于電源管理的目的，為了禁止電灌管理功能，Xircom CardBus驅(qū)動(dòng)程序在實(shí)現(xiàn)文件drivers/net/tulip/xircom_cb.c里進(jìn)行如下操作：

#define PCI_POWERMGMT 0x40

pci_write_config_dword(pdev,PCI_POWERMGMT,0x0000);

IO和內(nèi)存

PCI卡有6個(gè)IO或內(nèi)存區(qū)域，I/O區(qū)域包括寄存器，內(nèi)存區(qū)域存放數(shù)據(jù)。例如：視頻卡的I/0區(qū)域包含控制寄存器，內(nèi)存區(qū)域映射緩沖。但并不是所有的卡都有可尋址的內(nèi)存區(qū)域。

I/O和內(nèi)存區(qū)域的功能和硬件有關(guān)系，在設(shè)備手冊(cè)中可以查到。

像配置區(qū)一樣，內(nèi)核提供一系列的輔助函數(shù)，可以用來(lái)操作PCI設(shè)備的/O和內(nèi)存區(qū)域

Unsigned long pci_resource_[start|len|end|flag](struct pci_dev *pdev,int bar);為操作I/O區(qū)域。如PCI視頻卡設(shè)備控制寄存器，驅(qū)動(dòng)程序要完成以下事件

（1）從配置區(qū)相應(yīng)基址寄存器里得到I/O區(qū)域的基址：

unsigned long io_base = pci_resource_start(pdev,bar);

這里假定設(shè)備控制寄存器被映射到由變量bar關(guān)聯(lián)的I/O區(qū)域，bar值的變化范圍是0-5。

（2）用內(nèi)核的request_region（）常規(guī)機(jī)制獲得這個(gè)I/O區(qū)域，并標(biāo)明它對(duì)應(yīng)的設(shè)備：

request_region(io_base，length,”my_driver”);

通過(guò)調(diào)用request_region（）申請(qǐng)I/O地址后，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在申請(qǐng)的I/O地址中操作運(yùn)行。此機(jī)制確保其他程序不能申請(qǐng)此區(qū)域，直至用過(guò)調(diào)用release_region()釋放占用的區(qū)域。

lenth用于控制寄存器空間的大小，my_driver表示這個(gè)區(qū)域的使用者。在文件/proc/ioports中的my_driver對(duì)應(yīng)的文本行里可以看到這片I/O區(qū)域。也可以使用drivers/pci/pci.c文件中定義的封裝函數(shù)pci_request_region（）申請(qǐng)I/O端口

（3）用寄存器手冊(cè)上的偏移地址加上（1）得到的基址，然后用inb()和outb()函數(shù)來(lái)訪問(wèn)這些寄存器

Read函數(shù)

Register_data = inl(io_base+REGISTER_OFFSET);

write函數(shù)

Outl(register_data,io_base+REGISTER_OFFSET)

為了能夠操作PCI設(shè)備的內(nèi)存區(qū)域，按照下面步驟進(jìn)行

（1）獲得基址、內(nèi)存區(qū)域長(zhǎng)度以及內(nèi)存相關(guān)標(biāo)志

Unsigned long mmio_base=pci_resource_start(pdev,bar)

Unsigned long mmio_length=pci_resource_length(pdev,bar)

Unsigned long mmio_flags=pci_resource_flags(pdev,bar)

這里假定設(shè)備內(nèi)存區(qū)域被映射到基址寄存器bar

(2)用內(nèi)核的request_men_region（）常規(guī)機(jī)制標(biāo)記這片內(nèi)存區(qū)的擁有者

Request_men_region(mmio_base,mmio_length,”my_driver”);

用前面提到的封裝函數(shù)pci_request_region（）也可以

（3）讓CPU訪問(wèn)第（1）步獲得的設(shè)備內(nèi)存。為防止發(fā)生意外，某些內(nèi)存空間（如包含寄存器的地方）設(shè)置成不讓CPU可預(yù)取或不可啟用高速緩存。對(duì)于其他設(shè)備（如本例中提到的區(qū)域），CPU 可以啟用高速緩存。根據(jù)內(nèi)存區(qū)域的訪問(wèn)標(biāo)志，使用合適的函數(shù)可以得到與映射區(qū)域相對(duì)應(yīng)的內(nèi)核虛擬地址

Viod __iomen *buffer;

If(flages & IORESOURCE_CACHEABLE)

{

Buffer=ioremap(mmio_base,mmio_length);

}

Else

{

Buffer = ioremap_nocache(mmio_base,mmio_length);

}

為了安全起見(jiàn)并避免執(zhí)行前述的檢查，使用lib/iomap.c定義的函數(shù)pci_iomap()代替

? Buffer=pci_iomap(pdev,bar,mmio_length)

DMA緩沖區(qū)是DMA傳送時(shí)用做源端地址或者目的地址的內(nèi)存區(qū)。如果總線接口能訪問(wèn)的地址受限，將會(huì)影響DMA緩沖區(qū)的大小。因此，用于24位總線（如ISA）的DMA緩沖區(qū)只占系統(tǒng)內(nèi)存底部的16MB。稱為ZONE_DMA。PCI總線默認(rèn)為32位，所以在32的平臺(tái)下一般不會(huì)碰到這種限制。可以用下面的函數(shù)告訴內(nèi)核系統(tǒng)中可用作DMA緩沖區(qū)的地址的特殊要求：

dma_set_mask(struct device *dev,u64 mask);

如果這個(gè)函數(shù)返回成功，就可以在mask指定的地址范圍內(nèi)進(jìn)行DMA操作。如e1000PCI-X吉位以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序（drivers/net/e1000/e1000-main.c）里：

If(!(err = pci_set_dma_mask(pdev,DMA_64)))

{

/*system supports 64-bit DMA*/

Pci_using_dac =1

}

Else

{

/*see if 32-bit DMA is supported */

If((err =pci_set_dma_mask(pdev,DMA_32BIT_MASK)))

{

/*no,let’s abort*/

E1000_ERR(“No usable DMA configuration,aborting\n”);

Return err;

}

/*32-bit DMA*/

Pci_using_dac=0;

}

I/O設(shè)備從總線控制器或IOMMU（I/O Memory Unit,I/O內(nèi)存管理單元）的角度看待DMA緩沖區(qū)。所以，I/O設(shè)備需要的是DMA緩沖區(qū)的總線地址，而不是物理地址或者內(nèi)核虛擬地址。如果你想告訴PCI卡DMA緩沖區(qū)的地址信息，必須讓PCI卡知道DMA緩沖區(qū)的總線地址。總線地址的類型是dma_addr_t，在文件include/asm-your-arch/types.h里有定義

DMA還有幾個(gè)概念要了解，一個(gè)是回彈緩沖區(qū)。回彈緩沖區(qū)駐留在可作為DMA緩沖區(qū)的內(nèi)存區(qū)域里，在DMA請(qǐng)求的源或目的地址沒(méi)有DMA功能的內(nèi)存區(qū)域時(shí)，它可以作為臨時(shí)內(nèi)存區(qū)存放數(shù)據(jù)。例如，用DMA方式從32位PCI外圍設(shè)備向地址高于4GB的目標(biāo)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，如果沒(méi)有IOMMU單元，就需要用到回彈緩沖區(qū)了。數(shù)據(jù)先暫時(shí)存放在回彈緩沖區(qū)，再?gòu)?fù)制到目標(biāo)地址。第二個(gè)概念頗具DMA的特色：分散、聚集。當(dāng)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分布在不連續(xù)的內(nèi)存上時(shí)，分散/聚集能對(duì)這些不連續(xù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次性發(fā)送，反過(guò)來(lái)，DMA也能把數(shù)據(jù)從卡正確地傳送到地址不連續(xù)的緩沖區(qū)中。分散/聚集通過(guò)減少重復(fù)的DMA傳送請(qǐng)求來(lái)提高效率。

內(nèi)核提供有用的API函數(shù)來(lái)屏蔽配置DMA的細(xì)節(jié)。如果你是在給支持總線管理的PCI卡（大多數(shù)PCI卡都支持）寫驅(qū)動(dòng)程序，這些API會(huì)更簡(jiǎn)單。PCI DMA函數(shù)基本上就是封裝DMA的通用服務(wù)函數(shù)，在include/asm/-genetic/pci-dma-compat.h文件中有定義。本章中我們只用PCI的DMA API。

內(nèi)核為PCI驅(qū)動(dòng)程序提供了兩類DMA服務(wù)

（1）一致性DMA訪問(wèn)方法。這些程序保證DMA傳送數(shù)據(jù)的一致性。如果PCI設(shè)備和CPU都有可能干預(yù)DMA緩沖區(qū)，保證數(shù)據(jù)的一致性是很重要的，這時(shí)要用一致性API函數(shù)。它是性能上的一個(gè)折中。要得到能保證數(shù)據(jù)一致性的DMA緩沖區(qū)，用下面的API函數(shù)

?Void *pci_alloc_consistent(strcuct pci_dev *pdev,size_t ?size,dma_addr_t *dma_handle);

?這個(gè)函數(shù)分配一個(gè)DMA緩沖區(qū)，生成它的總線地址，并返回相關(guān)的內(nèi)核虛擬地址。前面兩個(gè)參數(shù)是PCI設(shè)備結(jié)構(gòu)體和DMA緩沖區(qū)的字節(jié)大小，第三個(gè)參數(shù)（dma-handle）是指向總線地址的指針，由函數(shù)調(diào)用產(chǎn)生。下面的代碼片段分配和釋放一個(gè)一致性DMA緩沖區(qū)

/*ALLOCATE*/

Void *vaddr = pci_alloc_consistent(pdev,size,&dma_handle)

/*free*/

Pci_free_consistent(pdev,size,vaddr,dma_handle);

(2)流式DMA訪問(wèn)函數(shù)。這些API不保證數(shù)據(jù)的一致性，所以速度更快。它們?cè)诓惶枰狢PU和I/O設(shè)備共享DMA緩沖區(qū)的時(shí)候比較有用。當(dāng)設(shè)備存儲(chǔ)的流式緩沖區(qū)被映射以便被設(shè)備訪問(wèn)后，驅(qū)動(dòng)程序要明確得去映射（或同步）流式緩沖區(qū)，之后CPU才可以可靠地操作該緩沖區(qū)。流式訪問(wèn)有兩類函數(shù)：pci_[map|unmap|dma_sync]_single()和pci_[map |unmap|dma_sync]_sg().

第一組函數(shù)可以映射、去映射以及同步一個(gè)預(yù)先分配的單一DMA緩沖區(qū)。Pci_map_single（）的原型如下

Dma_addr_t pci_map_single(struct pci_dev *pdev,void *ptr,size_t size,int direction);

前三個(gè)參數(shù)分別表示PCI設(shè)備結(jié)構(gòu)體，預(yù)先分配的DMA緩沖區(qū)虛擬內(nèi)核地址和緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)。第四個(gè)參數(shù)取下面幾個(gè)值:PCI_DMA_BIDIRECTION、PCI_DMA_TODEVICE、PCI_DMA_FROMDEVICE和PCI_DMA_NONE,從名字上就很容易看出這些變量的含義。但是使用第一個(gè)選項(xiàng)（PCI_DMA_BIDIRECTION）的代價(jià)比較大，最后一個(gè)選項(xiàng)是在調(diào)試的時(shí)候使用。

第二組函數(shù)映射、去映射并且同步一個(gè)分散/聚集的DMA緩沖區(qū)鏈。Pci_map_sg（）的原型如下：

Int pci_map_sg(struct pci_dev *pdev,struct scatterlist *sgl,int num_entries,int direction);

第二個(gè)參數(shù)是sruct scatterlist表示分散內(nèi)存的鏈表，在include/asm-your-arch/scatterlist.h

里面定義。Num_entries變量表示分散內(nèi)存的鏈表入口函數(shù)。第一和最后一個(gè)參數(shù)的意思跟pci_map_single()函數(shù)里的參數(shù)是一樣的。
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的pcie驱动介绍的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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