PCie驱动综述分析.pdf

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1、PCie 驱动Pcie 设备上有三种地址空间：PCI 的 I/O 空间、PCI 的存储空间和 PCI 的配置空间。Pce 的配置空间：PCI 有三个相互独立的物理地址空间：设备存储器地址空间、I/O 地址空间和配置空间。配置空间是 PCI 所特有的一个物理空间。由于PCI 支持设备即插即用，所以PCI 设备不占用固定的内存地址空间或 I/O 地址空间，而是由操作系统决定其映射的基址。系统加电时，BIOS 检测 PCI 总线，确定所有连接在 PCI 总线上的设备以及它们的配置要求，并进行系统配置。所以，所有的PCI 设备必须实现配置空间，从而能够实现参数的自动配置，实现真正的即插即用。PCI总线

2、规范定义的配置空间总长度为256个字节， 配置信息按一定的顺序和大小依次存放。前 64 个字节的配置空间称为配置头，对于所有的设备都一样，配置头的主要功能是用来识别设备、定义主机访问PCI 卡的方式（I/O 访问或者存储器访问，还有中断信息）。其余的192 个字节称为本地配置空间，主要定义卡上局部总线的特性、本地空间基地址及范围等。一般来说，基于 pcie 总线的驱动，需要涉及到pci_driverpci_devpci_device_id .pci_device_id : 用于标识pcie设备， 通过上图的厂商Id 设备Id 功能号等 唯一确定一个pcie设备,内核通过这个结构体确认驱动与设备

3、是否匹配。pci_dev : 一般 pcie 设备都具有热拔插功能， 当内核检测到有 pcie 设备插入时， 会与相应的Pci_driver : 当有相应的设备匹配会调用驱动的相关方法，驱动中通常要做的是读出BaseAdrress Register1-6 的值，这是 pcies 设备 6 个内存空间的基地址，然后通过ioremap 方法映射成虚拟地址，至于 6 个内存空间的具体含义需要依赖于设备。在用模块方式实现 PCI 设备驱动程序时，通常至少要实现以下几个部分：初始化设备模块、设备打开模块、数据读写和控制模块、中断处理模块、设备释放模块、设备卸载模块。例如/* 指明该驱动程序适用于哪一些P

4、CI 设备 */static struct pci_device_id demo_ids = PCI_DEVICE(PCI_VENDOR_ID_INTEL, PCI_DEVICE_ID_INTEL_82810_IG1) , PCI_DEVICE(PCI_VENDOR_ID_INTEL, PCI_DEVICE_ID_INTEL_82810_IG3) , PCI_DEVICE(PCI_VENDOR_ID_INTEL, PCI_DEVICE_ID_INTEL_82810E_IG) , PCI_DEVICE(PCI_VENDOR_ID_INTEL, PCI_DEVICE_ID_INTEL_82815_

5、CGC) , PCI_DEVICE(PCI_VENDOR_ID_INTEL, PCI_DEVICE_ID_INTEL_82845G_IG) , 0, ,;这个 pci_device_id 结构需要被输出到用户空间, 来允许热插拔和模块加载系统知道什么模块使用什么硬件设备. 宏 MODULE_DEVICE_TABLE 完成这个. 例如:MODULE_DEVICE_TABLE(pci, demo_ids);struct demo_card unsigned int magic;/* 使用链表保存所有同类的PCI 设备 */struct demo_card *next;/* . */* 中断处理模块

6、 */static void demo_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)/* . */* 设备文件操作接口 */static struct file_operations demo_fops = owner:THIS_MODULE,/* demo_fops所属的设备模块 */read:demo_read,/* 读设备操作*/write:demo_write,/* 写设备操作*/ioctl:demo_ioctl,/* 控制设备操作*/mmap:demo_mmap,/* 内存重映射操作*/open:demo_open,/*

7、 打开设备操作*/release:demo_release/* 释放设备操作*/* . */;/* 设备模块信息 */static struct pci_driver demo_pci_driver = name:demo_MODULE_NAME,/* 设备模块名称 */id_table:demo_idsl,/* 能够驱动的设备列表 */probe:demo_probe,/* 设备与驱动匹配时调用remove:demo_remove/* 卸载设备模块 */* . */;3. 初始化设备模块在 Linux 系统下，想要完成对一个PCI 设备的初始化，需要完成以下工作：检查 PCI 总线是否被 L

8、inux 内核支持；检查设备是否插在总线插槽上，如果在的话则保存它所占用的插槽的位置等信息。读出配置头中的信息提供给驱动程序使用。当 Linux 内核启动并完成对所有 PCI 设备进行扫描、登录和分配资源等初始化操作的同时，会建立起系统中所有 PCI 设备的拓扑结构， 此后当 PCI 驱动程序需要对设备进行初始化时， 一般都会调用如下的代码：static int _init demo_init_module (void)/* 检查系统是否支持 PCI 总线 */if (!pci_present()return-ENODEV;/* 注册硬件驱动程序 */if (!pci_register_dri

9、ver(&demo_pci_driver) pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);return-ENODEV;/* . */return 0;驱动程序首先调用函数 pci_present( )检查 PCI 总线是否已经被 Linux 内核支持，如果系统支持 PCI 总线结构，这个函数的返回值为 0，如果驱动程序在调用这个函数时得到了一个非0 的返回值，那么驱动程序就必须得中止自己的任务了。 调用 pci_register_driver( )函数来注册 PCI 设备的驱动程序，此时需要提供一个pci_driver 结构，在该结构中给出的probe 探测例

10、程将负责完成对硬件的检测工作。static int _init demo_probe(struct pci_dev *pci_dev, const struct pci_device_id *pci_id)struct demo_card *card;/* 启动 PCI 设备 */if (pci_enable_device(pci_dev)return-EIO;/* 设备 DMA 标识 */if (pci_set_dma_mask(pci_dev, DEMO_DMA_MASK) return-ENODEV;/* 在内核空间中动态申请内存 */if (card = kmalloc(sizeof(

11、struct demo_card), GFP_KERNEL) = NULL) printk(KERN_ERR pci_demo: out of memoryn);return-ENOMEM;memset(card, 0, sizeof(*card);/* 读取 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_CAR

12、D_MAGIC;/* 设置成总线主 DMA 模式 */pci_set_master(pci_dev);/* 申请 I/O 资源 */request_region(card-iobase, 64, card_namespci_id-driver_data);return 0;4. 打开设备模块在这个模块里主要实现申请中断、检查读写模式以及申请对设备的控制权等。在申请控制权的时候，非阻塞方式遇忙返回，否则进程主动接受调度，进入睡眠状态，等待其它进程释放对设备的控制权。static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file)/* 申请中

13、断，注册中断处理程序 */request_irq(card-irq, &demo_interrupt, SA_SHIRQ,card_namespci_id-driver_data, card) /* 检查读写模式 */if(file-f_mode & FMODE_READ) /* . */if(file-f_mode & FMODE_WRITE) /* . */* 申请对设备的控制权 */down(&card-open_sem);while(card-open_mode & file-f_mode) if (file-f_flags & O_NONBLOCK) /* NONBLOCK模式，返回

14、-EBUSY */up(&card-open_sem);return-EBUSY; else /* 等待调度，获得控制权 */card-open_mode |= f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE);up(&card-open_sem);/* 设备打开计数增 1 */MOD_INC_USE_COUNT;/* . */在对资源的访问方式上，除了有 I/O 指令以外，还有对外设 I/O 内存的访问。对这些内存的操作一方面可以通过把 I/O 内存重新映射后作为普通内存进行操作，另一方面也可以通过总线主 DMA（Bus Master DMA）的方式让设备把数据通过DM

15、A 传送到系统内存中。释放设备模块主要负责释放对设备的控制权，释放占用的内存和中断等，所做的事情正好与打开设备模块相反：static int demo_release(struct inode *inode, struct file *file)/* . */* 释放对设备的控制权 */card-open_mode &= (FMODE_READ | FMODE_WRITE);/* 唤醒其它等待获取控制权的进程 */wake_up(&card-open_wait);up(&card-open_sem);/* 释放中断 */free_irq(card-irq, card);/* 设备打开计数增 1 */MOD_DEC_USE_COUNT;/* . */8. 卸载设备模块卸载设备模块与初始化设备模块是相对应的，实现起来相对比较简单，主要是调用函数pci_unregister_driver( )从 Linux 内核中注销设备驱动程序：static void _exit demo_cleanup_module (void)pci_unregister_driver(&pci_driver);