Linux子系統系列-PCI

趁這幾天有空，將PCI這塊的東西也簡單整理一下。關於PCI，fudan_abc大俠的“PCI那些事兒”是最佳的，這裡簡單根據一些工作筆記做些整理，點一下大致架構，以作備忘。

0，背景

1，PCI driver結構

2，PCI driver實現

3，關於PCI core

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0，背景

PCI，十多年前就有的一個匯流排標準，曆久彌新，生命力旺盛。雖然現在基於PCI有了很多派生，但符合PCI標準的裝置還是隨處可見。其原因琢磨著可能有兩個：PCI匯流排標準極大的降低了硬體裝置驅動的編寫難度和繁瑣度；Linux驅動模型對PCI裝置驅動的抽象更進一步降低了PCI驅動的難度。設計時除了單獨的商業目的多考慮一下終端使用者或開發人員，市場一定會給你豐厚的回報，:)

在分析或編寫PCI driver之前一定要瞭解一下PCI系統在電腦中的全貌，下面大部引自fudan_abc的文章：

PCI的結構中會涉及到bridge的概念，所謂橋，是用來將多個PCI匯流排，或PCI匯流排於ISA等其他匯流排串連起來的東西。各種橋裡面比較特殊的一個是Host bridge，它串連的是CPU和PCI匯流排0，它整合在我們常說的北橋中（北橋和南橋並稱晶片集，晶片集裡距離CPU最近的就是北橋）。明白了Host Bridge，再來看看PCI bus0，也就是primary PCI bus，主PCI匯流排，可能還會有PCI bus1，PCI bus2，但PCI bus0是一定存在的。一個系統可以擁有多個PCI匯流排，這多個PCI匯流排之間的串連要靠另外一種橋，PCI-PCI橋。通過了PCI-PCI橋，整個PCI系統就構成了一個層次的、樹狀地結構，這些樹就像HUB同是USB裝置一樣，PCI-PCI橋等各種各樣的橋也都是PCI裝置。每個PCI匯流排上可以支援32個PCI裝置，每個裝置又可以支援8種功能，這裡所謂的裝置一般指那種PCI匯流排上的具體卡/裝置/晶片，每塊PCI卡上可以有若干個功能模組，它們共用了同一個PCI卡，從邏輯的角度來說，每個功能模組都是一個邏輯裝置。

明白了PCI系統的結構，匯流排枚舉的概念又來了：

按照規範，每個PCI裝置都有那麼一張表，就是所謂的配置寄存器，相應的驅動編寫都要依賴這種表。這個表中的一部分內容都固化在了PCI裝置的晶片裡面，擷取的就要去訪問PCI裝置。但系統一開始只有那條PCI bus0能夠訪問，其他的PCI匯流排和裝置一切都還是未知， 要把這些未知變為已知，這就需要匯流排枚舉。系統引導時，對於PCI子系統來說，會首先有個匯流排枚舉的階段，從PCI bus0開始掃描，遇到一個裝置是PCI-PCI橋，就指定一個新的匯流排號，比如1，這樣PCI bus1就有了，也就可以繼續掃描了，如果遇到一個其他PCI裝置，就將它記錄下來，直到將所有的PCI-PCI橋和PCI裝置給晾出來，組成系統的PCI樹。

1，PCI driver結構

PCI裝置的驅動一般分為兩層，最下一層是linux的PCI core子系統，上層是根據具體晶片實現的一些操作。

2，PCI driver的實現

一個完整的PCI driver要完成以下工作：

1）定義一個這個驅動可以支援的裝置的表

static const struct pci_device_id cmd64x_pci_tbl[] = {
    { PCI_VDEVICE(CMD, PCI_DEVICE_ID_CMD_643), 0 },
    { PCI_VDEVICE(CMD, PCI_DEVICE_ID_CMD_646), 1 },
    { PCI_VDEVICE(CMD, PCI_DEVICE_ID_CMD_648), 2 },
    { PCI_VDEVICE(CMD, PCI_DEVICE_ID_CMD_649), 3 },
    { 0, },
};

2）在編譯時間，driver將會使用MODULE_DEVICE_TABLE宏將這個list傳遞給build system（不是kernel）

我們在make module_install時，這個表的內容會被轉譯成module的一個資料庫的內容，被安裝在使用者側。

當系統發現一個新的PCI裝置時，PCI core 會向kernel發出一個通知，kernel接著會將這個通知轉向使用者層這類通知的監聽程式（udev）通過uevents機制。udev會從uevent中解析出這個通知的裝置資訊並調用modprobe。緊接著，modprobe會基於這些資訊分析modules.alias，安裝相應的模組。

3）使用PCI core的API：pci_register_device()註冊裝置資訊。

4）PCI core會根據註冊的裝置資訊來掃描是否有匹配的驅動，若發現，PCI core會調用probe函數來讓driver擷取PCI裝置的控制權。

 

3，關於PCI core

linux的工程師們將PCI相關的一些與平台/晶片無關的一些操作抽象出來，形成這個PCI core子系統。這個子系統除了提供一些PCI相關的API之外，還可以方便快捷的將driver以符合linux裝置模型規範的方式註冊到kernel。

無需多說，用過的都說好：

1）保持盡量一致的對外介面，增加你的驅動的可移植性。

2）通過/sysfs提供一些常用介面到使用者側，方便管理調試。

3）讓udev可以自動為PCI裝置建立/dev目錄下的節點並load需要的module。