Linux驱动学习--初识PCI驱动(一)
写在前面的话：
感觉好久没有来写了，今天就来看看Linux下PCI驱动的一个基本编写规范。
一，我们来看看PCI是什么。
PCI---Peripheral Component Interconnect，外围设备互联总线。是一种广泛采用的总线标准，它提供了许多优于其它总线标准（如EISA）的新特性，目前已经成为计算机系统中应用最为广泛，并且最为通用的总线标准。
不知道大家对总线的概念是什么，按我的通俗理解，总线就是一条国道，将许多的设备连接起来。当然，这是一种十分宽泛的理解。好，今天我们的重点并不是总线，而是在Linux驱动程序中的编写。
对于驱动的编写来讲，现今的内核已经为我们实现了很多，而我们所需要的做的，就是将一个实际的设备和内核进行连接，就好像是一座桥。
不管如何，我们还是要来看PCI的一点基本知识。
1.与CPU等的交互：
从上图，我们可以看出PCI将计算机系统中的总线子系统 与存储子系统完全地分开，CPU通过一块称为PCI桥（PCI-Bridge）的设备来完成同总线子系统的交互。
2.自此，我们应该可以大概有了点印象，PCI总线大概是处于何种位置，当然，上面的图只是一个很简略的图，但是我们只有有一种感性的认知即可。那么，在逻辑上，PCI总线又会在哪里呢？我想这对于我们变成更是重要的吧，请看下图：
上 图是一个典型的基于PCI总线的计算机系统逻辑示意图，系统的各个部分通过PCI总线和PCI-PCI桥连接在一起。从图中不难看出，CPU和RAM需要 通过PCI连接到PCI总线0(即主PCI总线)，而具有PCI接口的显卡则可以直接连接到PCI总线上。PCI-PCI桥是一个特殊的PCI设备，他负 责将PCi总线0和PCI总线1连接在一起，通常PCI总线1称为PCI-PCI总线的下游(downstream)，而PCI总线0则称为PCI- PCI桥的上游(upstream)。上图中，连接到从PCI总线上的是SCSI卡和以太网卡。为了兼容ISA总线标准，PCI总线还可以通过PCI- ISA桥来连接ISA总线，从而能够支持以前的ISA设备。图中的ISA总线上连接着一个多功能I/O控制器，用于控制键盘，鼠标和软驱。
对于PCI的一些知识，我就先这样的做一个总的概括性介绍。更加具体的，请看The Linux Kernel(http://tldp.org/LDP/tlk/dd/pci.html)中的详细介绍。
二，和PCI驱动程序相关的几个数据结构
驱动程序总是离不开数据结构，在Linux中，用数据结构来表示各色各样的设备或者其他的东西。因此，我们掌握设备驱动程序的关键之一，就是对各种数据结构的理解和运用。
1.pci_device_id
在介绍该结构之前，让我们来看看PCI的地址空间：I/O空间，存储空间，配置空间。
CPU 可以访问PCI设备上的所有地址空间，其中I/O空间和存储空间提供给设备驱动程序使用，而配置空间则由Linux内核中的PCI初始化代码使用，内核在 启动时负责对所有PCI设备进行初始化，配置好所有的PCI设备，包括中断号以及I/O基址，并在文件/proc/pci中列出所有找到的PCI设备，以 及这些我设备的参数和属性。
下图是PCI配置寄存器。
我们并不需要去了解配置寄存器的所有位代表了什么，有什么含义。我们只要用三个或者五个PCI寄存器去标识一个设备即可。通常，我们会选择下面三个寄存器：
vendorID：标识硬件制造商，是一个16位的寄存器。
deviceID：设备ID，由制造商选择，也是一个16位的寄存器。一般与厂商ID配对生成一个唯一的32位硬件设备标识符。
class：每个外部设备属于某个类(class)，也是一个16位的寄存器。当某个驱动程序可支持多个相似的设备，每个具有不同的签名，但都属于同一个类，这时，就可以用class类对它们的外设进行识别。
讲了这么多，那我们应该怎么去设置这些值呢？不用怕，内核已经为我们都想好了，它已经将这些都归纳到一个数据结构进去了，我们要做的就是对这个数据结构进行填充，是不是很方便啊！
这个数据结构就是--pci_device_id。
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 */ };
那现在问题又来了，我们前面说过，一个驱动程序可以匹配一个甚至多个设备。那么，此时我们又该如何呢？可以想到数组，对吧。是的，不过这里有点地方需要注意
staticstruct pci_device_id example_pci_tbl [] __initdata ={ {PCI_VENDOR_ID_EXAMPLE, PCI_DEVICE_ID_EXAMPLE, PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID,0,0, EXAMPLE}, {0,} };
注意到了吧，是的，不管你这里匹配了多少设备，记得最后一个都是{0,}。
这里还有两个关于初始化该结构体的宏，可以用来简化相关的操作。
PCI_DEVICE(vendor, device)
创建一个仅和特定厂商及设备ID相匹配的struct pci_device_id。它把结构体的subvendor和subdevice设为PCI_ANY_ID。PCI_ANY_ID定义如下：
#define PCI_ANY_ID (~0)
PCI_DEVICE_CLASS(device_class, device_class_mask)
创建一个和特定PCI类相匹配的struct pci_device_id。
这里不再多说。
2.pci_driver
按照上面说的，你已经将你要匹配的设备说明了，但这仅仅只是说明，内核如何去识别它们呢？那就要用到下面的数据结构了--pci_driver。
struct pci_driver { struct list_head node; char*name; conststruct pci_device_id *id_table;/* must be non-NULL for probe to be called */ int(*probe)(struct pci_dev *dev,conststruct pci_device_id *id);/* New device inserted */ void(*remove)(struct pci_dev *dev);/* Device removed (NULL if not a hot-plug capable driver) */ int(*suspend)(struct pci_dev *dev,pm_message_t state);/* Device suspended */ int(*suspend_late)(struct pci_dev *dev,pm_message_t state); int(*resume_early)(struct pci_dev *dev); int(*resume)(struct pci_dev *dev);/* Device woken up */ void(*shutdown)(struct pci_dev *dev); struct pci_error_handlers *err_handler; struct device_driver driver; struct pci_dynids dynids;
};
从上面的结构体定义可以看出，它的作用并不仅仅是识别设备的id_table结构，还包括了检测设备的 函数probe( )和卸载设备的函数remove( )：这种结构体，我们之前就已经接触过很多了，不再多说。
3.pci_dev
让我们来最后最后一个相关的数据结构--pci_dev。
/*
* The pci_dev structure is used to describe PCI devices. */ struct pci_dev { struct list_head bus_list;/* node in per-bus list */ struct pci_bus *bus;/* bus this device is on */ struct pci_bus *subordinate;/* bus this device bridges to */ void*sysdata;/* hook for sys-specific extension */ struct proc_dir_entry *procent;/* device entry in /proc/bus/pci */ struct pci_slot *slot;/* Physical slot this device is in */ unsignedint devfn;/* encoded device & function index */ unsignedshort vendor; unsignedshort device; unsignedshort subsystem_vendor; unsignedshort subsystem_device; unsignedintclass;/* 3 bytes: (base,sub,prog-if) */ u8 revision;/* PCI revision, low byte of class word */ u8 hdr_type;/* PCI header type (`multi' flag masked out) */ u8 pcie_cap;/* PCI-E capability offset */ u8 pcie_type;/* PCI-E device/port type */ u8 rom_base_reg;/* which config register controls the ROM */ u8 pin;/* which interrupt pin this device uses */ struct pci_driver *driver;/* which driver has allocated this device */ u64 dma_mask;/* Mask of the bits of bus address this device implements. Normally this is 0xffffffff. You only need to change this if your device has broken DMA or supports 64-bit transfers. */ struct device_dma_parameters dma_parms; pci_power_t current_state;/* Current operating state. In ACPI-speak, this is D0-D3, D0 being fully functional, and D3 being off. */ int pm_cap;/* PM capability offset in the configuration space */ unsignedint pme_support:5;/* Bitmask of states from which PME# can be generated */ unsignedint pme_interrupt:1; unsignedint d1_support:1;/* Low power state D1 is supported */ unsignedint d2_support:1;/* Low power state D2 is supported */ unsignedint no_d1d2:1;/* Only allow D0 and D3 */ unsignedint mmio_always_on:1;/* disallow turning off io/mem decoding during bar sizing */ unsignedint wakeup_prepared:1; unsignedint d3_delay;/* D3->D0 transition time in ms */ #ifdef CONFIG_PCIEASPM struct pcie_link_state *link_state;/* ASPM link state. */ #endif pci_channel_state_t error_state;/* current connectivity state */ struct device dev;/* Generic device interface */ int cfg_size;/* Size of configuration space */ /* * Instead of touching interrupt line and base address registers * directly, use the values stored here. They might be different! */ unsignedint irq; struct resource resource[DEVICE_COUNT_RESOURCE];/* I/O and memory regions + expansion ROMs */ resource_size_t fw_addr[DEVICE_COUNT_RESOURCE];/* FW-assigned addr */ /* These fields are used by common fixups */ unsignedint transparent:1;/* Transparent PCI bridge */ unsignedint multifunction:1;/* Part of multi-function device */ /* keep track of device state */ unsignedint is_added:1; unsignedint is_busmaster:1;/* device is busmaster */ unsignedint no_msi:1;/* device may not use msi */ unsignedint block_ucfg_access:1;/* userspace config space access is blocked */ unsignedint broken_parity_status:1;/* Device generates false positive parity */ unsignedint irq_reroute_variant:2;/* device needs IRQ rerouting variant */ unsignedint msi_enabled:1; unsignedint msix_enabled:1; unsignedint ari_enabled:1;/* ARI forwarding */ unsignedint is_managed:1; unsignedint is_pcie:1;/* Obsolete. Will be removed. Use pci_is_pcie() instead */ unsignedint needs_freset:1;/* Dev requires fundamental reset */ unsignedint state_saved:1; unsignedint is_physfn:1; unsignedint is_virtfn:1; unsignedint reset_fn:1; unsignedint is_hotplug_bridge:1; unsignedint __aer_firmware_first_valid:1; unsignedint __aer_firmware_first:1; pci_dev_flags_t dev_flags; atomic_t enable_cnt;/* pci_enable_device has been called */ u32 saved_config_space[16];/* config space saved at suspend time */ struct hlist_head saved_cap_space; struct bin_attribute *rom_attr;/* attribute descriptor for sysfs ROM entry */ int rom_attr_enabled;/* has display of the rom attribute been enabled? */ struct bin_attribute *res_attr[DEVICE_COUNT_RESOURCE];/* sysfs file for resources */ struct bin_attribute *res_attr_wc[DEVICE_COUNT_RESOURCE];/* sysfs file for WC mapping of resources */ #ifdef CONFIG_PCI_MSI struct list_head msi_list; #endif struct pci_vpd *vpd; #ifdef CONFIG_PCI_IOV union{ struct pci_sriov *sriov;/* SR-IOV capability related */ struct pci_dev *physfn;/* the PF this VF is associated with */ }; struct pci_ats *ats;/* Address Translation Service */ #endif };
由上面的定义可以知道，它详细描述了一个PCI设备几乎所有的硬件信息，包括厂商ID、设备ID、各种资源等：
三，基本框架
上面将我们要用到的一些基本信息都做了一些简单的介绍。下面，我们就来看看PCI驱动程序的一个基本的框架，如何将这些东西进行整理成一个程序。
1 staticstruct pci_device_id example_pci_tbl [] __initdata ={ 2 {PCI_VENDOR_ID_EXAMPLE, PCI_DEVICE_ID_EXAMPLE, PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID,0,0, EXAMPLE}, 3 {0,} 4 }; 5 /* 对特定PCI设备进行描述的数据结构 */ 6 struct example_pci { 7 unsignedint magic; 8 /* 使用链表保存所有同类的PCI设备 */ 9 struct example_pci *next; 10 11 /* ... */ 12 } 13 /* 中断处理模块 */ 14 staticvoid example_interrupt(int irq,void*dev_id,struct pt_regs *regs) 15 { 16 /* ... */ 17 } 18 /* 设备文件操作接口 */ 19 staticstruct file_operations example_fops ={ 20 owner: THIS_MODULE,/* demo_fops所属的设备模块 */ 21 read: example_read,/* 读设备操作*/ 22 write: example_write,/* 写设备操作*/ 23 ioctl: example_ioctl,/* 控制设备操作*/ 24 open: example_open,/* 打开设备操作*/ 25 release: example_release /* 释放设备操作*/ 26 /* ... */ 27 }; 28 /* 设备模块信息 */ 29 staticstruct pci_driver example_pci_driver ={ 30 name: example_MODULE_NAME,/* 设备模块名称 */ 31 id_table: example_pci_tbl,/* 能够驱动的设备列表 */ 32 probe: example_probe,/* 查找并初始化设备 */ 33 remove: example_remove /* 卸载设备模块 */ 34 /* ... */ 35 }; 36 staticint __init example_init_module (void) 37 { 38 /* ... */ 39 } 40 staticvoid __exit example_cleanup_module (void) 41 { 42 pci_unregister_driver(&demo_pci_driver); 43 } 44 /* 加载驱动程序模块入口 */ 45 module_init( example_init_module); 46 /* 卸载驱动程序模块入口 */ 47 module_exit( example_cleanup_module);
上面这段代码给出了一个典型的PCI设备驱动程序的框架，是一种相对固定的模式。
好了，今天就先介绍到这，下次，在对里面的一些函数流程进行分析。
