PCie驱动综述分析

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总线规范定义的配置空间总长度为256个字节，配

2、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。311:QDevice IDVendor IDQOh|ScirutCcnEnand0411f加Cod?Revision IDOSh5IST Header TypeQOj1Base Address Rezistef 1lOh3asr Addrf 5-4 Rczisier 214!iBase Add re »

3、; R亡黑址 i 3mReels41CI120hBaseRtgiiter 624hCIS Pointer2SbIDSubvscfm Vendor ID2ChWxRMiz口穿 ROX* Bas* AddffisiObCapitij：T5 Fctntcr3Sli口X 工不IJJzi GncInttfrup: PuiIn ：!*Trupi LineSCIi一般来说，基于pcie总线的驱动，需要涉及到pci_driver pci_dev pci_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

4、动与设备是否匹配。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PCI设备*/static

5、 struct pci_device_id demo_ids = PCI_DEVICE(PCI_VENDOR_ID_INTEL, PCI_DEVICE_IDNTEL_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_CGC) , PCI_DEVIC

6、E(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_TABL完成这个.例如：MODULE_DEVICE_TABLE(pci, demo_ids);struct demo_card un sig ned int magic;/*使用链表保存所有同类的PCI设备*/ struct demo_card *n ext;/* . */*中断处理模块*/static void demo_ in t

7、errupt(i nt irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)/* . */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*/ope n:demo_ope n, /*打开设备操作*/release:demo release/*释放设备操作*/static struct file_operations demo_fops

8、= */*设备文件操作接口*/* . */;/*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Linux内核支持；检查设备是否插在总线插槽上，如果在的话则保

9、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 dem on it_module (void)/*检查系统是否支持 PCI总线*/if (!pci_prese nt()return -ENODEV;/*注册硬件驱动程序*/if (!pci_register_driver( &demo_pci_driver) pci_ un register_

10、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探测例程将负责完成对硬件的检测工作。static int _init demo_probe(struc

11、t pci_dev *pci_dev, const struct pci_device_id *pci_id)struct demo_card *card;/*启动PCI设备*/if (pci_e nable_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(struct demo_card), GFP_KERNEL) = NULL) prin tk(KERN_ERR

12、 "pci_demo: out of memory' n");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->n ext = devs;card->magic = DEMO_CARD_MAG

13、IC;/*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)/*申请中断，注

14、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)

15、if (file ->f_flags & O_NONBLOCK) /* NONBLOCK模式，返回-EBUSY */up(&card ->ope n_sem);return -EBUSY; else /*等待调度，获得控制权*/card->open_mode |= f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE); up(&card ->ope n_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

16、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DMA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 ->ope n_wait);up(&card ->ope