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第十二章——PCI驱动程序

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PCI介绍

PCI总线有自己的I/O空间（32位）和内存空间（32/64位），CPU访问PCI空间需要映射，硬上电自动完成将不同的外设映射到不同的CPU地址空间上。PCI设备的使用模型是这样的，外设可以抽象成一片内存或者一排连续的端口，具体而言每个功能256字节的配置内存。它们可以被排布在PCI总线地址空间上，然后映射到host CPU的地址空间里。每个PCI插槽有4个中断引脚，每个功能可以使用其中一个。每个PCI外设由domain(16位)、bus（8位）、device（5位）以及function（3位）组成的编号来标识。每个domain可以有最多256个bus，每个bus上最多可以有32个device，每个divece上最多可以有8中function。查看当前环境PCI信息可以用下面几种命令

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lspci
cat /proc/pci
cat /proc/bus/pci

PCI设备暴露出的256字节的配置内存，前64字节是标准化的，PCI设备始终使用小端字节序。通常来说，在这256个配置寄存器中由几个只读寄存器，由厂商设定，用于识别设备

名称 描述 是否常用
vendorID 厂商标识信息，生产PCI设备的厂商需要注册 是
deviceID 设备标识信息，不需要注册，但是厂商需要指定 是
class 类型标识 是
subsystem vendorID 细分标识 否
subsystem deviceID 细分标识 否

驱动PCI设备的标识

驱动需要用struct pci_device_id结构体告知内核其支持的设备类型，该结构体内包含和PCI设备标识寄存器类似的字段

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struct pci_device_id {
	__u32 vendor, device;		/* Vendor and device ID or PCI_ANY_ID*/
	__u32 subvendor, subdevice;	/* Subsystem ID's or PCI_ANY_ID */
	__u32 class, class_mask;	/* (class,subclass,prog-if) triplet */
	kernel_ulong_t driver_data;	/* Data private to the driver */
};

PCI_DEVICE(vendor, device) // 创建pci_device_id的宏
PCI_DEVICE_CLASS(device_class, device_class_mask)

// 下面的宏用于向内核热插拔机制注册驱动支持的设备类型，pci设备驱动的pci_device_id就用它注册
MODULE_DEVICE_TABLE(platform, xxx_device_ids)

注册设备

PCI设备的驱动注册和字符设备的驱动注册类似，参照如下接口

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static struct pci_driver pci_driver = {
    .name = "xxx_name",
    .id_table = ids,
    .probe = probe,
    .remove = remove,
};

const char *name; // 驱动程序名字
const struct pci_device_id *id_table; // 指向一个pci_device_id组成的数组
// 探测函数，在探测函数中，访问PCI设备的任何资源之前必须先调用 int pci_enable_device(struct pci_dev *dev);
int (*probe) (struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id);
void (*remove) (struct pci_dev *dev); // 当 struct pci_dev从系统中移除或者驱动模块被移除的时候，有PCI核心调用
int (*suspend) (struct pci_dev *dev, u32 state);  // 可选的挂起函数
int (*resume) (struct pci_dev *dev);              // 可选的恢复函数

static int __init pci_xxx_name_init(void)
{
    return pci_register_driver(&pci_driver);
}

static void __exit pci_xxx_name_exit(void)
{
    pci_unregister_driver(&pci_driver);
}

访问配置空间

当probe的时候（内核会根据注册时提交的设备ID信息安排probe），驱动需要完成对设备配置区域的读写，可以使用下面这组接口

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#include <linux/pci.h>
// where参数是从配置空间起始位置计算的字节偏移量，返回值存于val中，有类似于PCI_REVISION_ID等宏来辅助设定
int pci_read_config_byte(struct pci_dev *dev, int where, u8 *val);
int pci_read_config_word(struct pci_dev *dev, int where, u16 *val);
int pci_read_config_dword(struct pci_dev *dev, int where, u32 *val);

int pci_write_config_byte(struct pci_dev *dev, int where, u8 val);
int pci_write_config_word(struct pci_dev *dev, int where, u16 val);
int pci_write_config_dword(struct pci_dev *dev, int where, u32 val);

上面这组读写接口实际上会调用下面这组接口，当驱动不能访问pci_dev的时候也可以直接调用下面这组接口

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int pci_bus_read_config_byte (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int where, u8 *val);
int pci_bus_read_config_word (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int where, u16 *val);
int pci_bus_read_config_dword (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int where, u32 *val);
int pci_bus_write_config_byte (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int where, u8 val);
int pci_bus_write_config_word (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int where, u16 val);
int pci_bus_write_config_dword (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int where, u32 val);

访问I/O和内存空间

PCI设备最多可以实现6个I/O地址区域，这6个地址区域既可以映射到PCI的I/O地址空间，也可以映射到PCI的内存地址空间，大多数还是选择后者。当I/O地址被映射到内存的时候，要注意边际作用。内核提供了辅助函数来查询某个设备6个I/O地址区域，返回的首地址可能是内存地址，也可能是I/O端口号。

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unsigned long pci_resource_start(struct pci_dev *dev, int bar); // 返回首地址
unsigned long pci_resource_end(struct pci_dev *dev, int bar);   // 返回尾部址
unsigned long pci_resource_flags(struct pci_dev *dev, int bar); // 返回有关该PCI I/O区域资源的属性