PCie驱动

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BaseAdrressRegister1-6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*/staticstructpci_device_iddemo_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_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);structdemo_card{unsignedintmagic;/*使用链表保存所有同类的PCI设备*/structdemo_card*next;/*...*/}/*中断处理模块*/staticvoiddemo_interrupt(intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs){/*...*/}/*设备文件操作接口*/staticstructfile_operationsdemo_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,/*打开设备操作*/release:demo_release/*释放设备操作*//*...*/};/*设备模块信息*/staticstructpci_driverdemo_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：staticint__initdemo_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_driver(&demo_pci_driver)){pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);return-ENODEV;}/*...*/return0;}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。staticint__initdemo_probe(structpci_dev*pci_dev,conststructpci_device_id*pci_id){structdemo_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(structdemo_card),GFP_KERNEL))==NULL){printk(KERN_ERRpci_demo:outofmemory\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-next=devs;card-magic=DEMO_CARD_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_names[pci_id-driver_data]);return0;}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。staticintdemo_open(structinode*inode,structfile*file){/*申请中断，注册中断处理程序*/request_irq(card-irq,&demo_interrupt,SA_SHIRQ,card_names[pci_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-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（BusMasterDMA）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：staticintdemo_release(structinode*inode,structfile*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：staticvoid__exitdemo_cleanup_module(void){pci_unregister_driver(&pci_driver);}