Linux驱动之PCI

<背景>

PCI设备有许多地址配置的寄存器，初始化时这寄存器来配置设备的总线地址，配置好后CPU就可以访问该设备的各项资源了。（提炼：配置总线地址）

 

<配置寄存器>

 

(1)256字节的PCI配置空间分为64字节的头标区和192字节的设备相关区两部分。头标区的各个寄存器用来唯一地识别设备；设备相关区则保存一些与设备相关的数据。

(2)配置空间的头标区又分为两部分：前16个字节的定义在各种类型的PCI设备中都是一样的；剩余的字节随设备类型不同而有所不同。位于偏移地址0EH处的头标类型字段规定了头标区的布局结构。目前，规范定义了三种头标类型。

                                 

a:设备的识别

（1）  供应商代码：该寄存器用于识别PCI设备的制造商，具体代码由PCI SIG（http://www.pcisig.com）分配。0FFFFH是无效的供应商代码。

（2）       设备代码。该寄存器用来标识某供应商生产的具体设备，代码由各供应商定义。供应商代码和设备代码，读者可以到网站http://www.pcidatabase.com/查阅。

（3）       版本号。该寄存器用来定义指定设备的版本信息。

（4）       头标类型。该字段的第7位为“1”标识该设备是多功能设备，为“0”标识为单功能设备；该字段的0～6位就是上文表中所述的头标类型。

（5）       设备分类代码。用来标识设备的总体功能和特定的寄存器级编程接口。

上面5个字段均为只读类型，所有的PCI设备都必须实现其功能。

b:设备控制和设备状态

（1）       命令寄存器为一个设备发出和响应PCI总线命令提供粗略的控制。图4就是命令寄存器格式。

 

位0（I/O空间控制）：控制对I/O空间访问的响应。该位为0时，禁止设备响应对I/O空间的访问；该位为1时，允许设备响应I/O空间的访问。缺省设置为0。

位1（存储器空间控制）：控制一个设备对存储器空间访问的响应。该位为0时，禁止响应；该位为1时，允许设备响应对存储器空间的访问。缺省设置为0。

 

状态寄存器用来记录PCI总线有关的状态信息。

c:基址寄存器

PCI设备中，除了配置空间外，还有两个物理空间：内存空间和I/O空间。为了访问这两个地址空间，就必须使用基址寄存器。头标类型0中涉及3种基址寄存器：内存空间基址寄存器、I/O空间基址寄存器和扩展ROM基址寄存器。

d:其他寄存器

 

其他寄存器包括一些本文不涉及到的寄存器，如中断引脚、中断线等等。 

<PCI配置空间的访问>

    a:PCI规范使用从0CF8H~0CFFH 这8个I/O地址来访问所有设备的PCI配置空间。这8个字节实际上构成了两个32位寄存器：0CF8H寄存器叫做“配置地址寄存器”；0CFCH叫做“配置数据寄存器”。当要访问配置空间的寄存器时，先向地址寄存器写上目标地址，然后就可以从数据寄存器中读写数据了。

        PCI配置空间对应于一个PCI逻辑设备，所以要访问一个配置空间的某个寄存器，必须要指定：PCI总线号、PCI设备号、PCI设备功能号和寄存器号。配置地址寄存器的格式如下：

                     

       第0、1位上的“0”是用来要求你只能按双字（4字节）来读写配置空间寄存器。第31位“使能位”用来决定是否允许访问配置空间：为“1”时表示可以访问；为“0”时表示不可以访问。

        从上面的配置地址寄存器的格式我们可以看出：总线号从0～255、设备号从0～31、功能号从0～7。根据配置空间的第0个寄存器是否返回0FFFFH值来判断是否存在该PCI设备(这里可以看出PCI为什支持32个设备)

 

<PCI驱动开发概总>

对于驱动开发人员来说，pci具有如下吸引人的优势：

a:设备自动配置系统，与旧的ISA驱动程序不一样，pci驱动不需要实现复杂的检测逻辑。

b:系统启动时，BIOS（如果是嵌入式系统内核本身会完成该任务）会遍历pci总线并分配资源（比如中断优先级，I/O基地址） 

c: 设备去驱动程序会查询叫做"PCI配置空间"的内存来找到资源分配情况

d:PCI设备总共具有256B的配置空间内存。配置空间 顶部64B空间的含义是标准的，所有设备的配置在这段区域都是相似的。该空间被分成状态，I/O基地址，中断线。

 

<访问PCI>

a:内核函数

pci_read_config_[byte|word|dword](struct pci_dev *pdev,int offset,int *value)

pci_write_config_[byte|word|dword](struct pci_dev *pdev,int offset,int *value)

形参分析：

pdev:指向PCI设备的结构体

offset:配置空间的偏移地址

value:需要写入或读出数据的存放位置

举例：

unsigned char irq;

pci_read_config_byte(pdev,PCI_INTERRUPT_LINE,&irq);

注意：在配置空间中的中断号的偏移是60，这为什么不使用60,是因为在Linux内核中/include/linux/pci_regs.h进行了定义。

 

<I/O和内存>

I/O访问

a:要访问一个PCI设备的I/O空间或内存空间在内存或I/O区域的映射。需要读取配置空间的相应基地址寄存器里得到I/O区域的基地址。

（1）从配置区域相应基址寄存器得到I/O区域的基地址

unsigned long io_base = pci_resource_start(pdev,bar)

注意：该函数还有相应的变形

unsigned long pci_resource_[start|lenght|flags](struct pci_dev*pdev, int bar)

（2）调用内核函数request_region()获得这个IO区域，标明这片区域对应的设备

request_region(io_base，length,"mydriver")

（3）这样就可以使用I/O操作函数访问这些寄存器了，

inl();

outl();

 内存访问

（1）调用该函数获得内存基地址

unsigned long pci_resource_[start|lenght|flags](struct pci_dev*pdev, int bar)

（2）调用内核函数request_mem_region()获得这个内存区域，标明这片区域对应的设备

request_region(mmio_base，mmio_length,"mydriver")

（3）将获得内存地址转换成虚拟地址

buffer = pci_iomap(pdev, bar,mmio_length)

 

<驱动实例>

a当PCI热插拔检测到新插入的设备的ID属性和驱动程序中的pci_device_id表里的ID信息一致的时候。该层将激发该驱动程序的probe（）函数被调用。进一步注册相应的设备驱动。可以看出首先得要注册pci_driver程序：

调用函数pci_register_drivet()

b：