Linux驱动学习--初识PCI驱动(二)
写在前面的话：
上一篇，我们将PCI驱动的基础知识进行一个简单的梳理。当然，这是不够的，因此，接下来，我们进行深一步的探究。
我们从下面几个方面来讲述：
一，初始化设备模块
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：
static int __init example_init_module (void) { /* 注册硬件驱动程序 */ if(!pci_register_driver(&example_pci_driver)){ pci_unregister_driver(&example_pci_driver); return-ENODEV; } /* ... */ return 0; }
从上面的省略号可以看出，这仅仅只是核心的一部分，其他的东西，就要看你具体的应用是在什么地方。
仅仅使用上面的init函数是不够的，因为此时你并不知道你的设备是什么样的，是不是都已经准备好了，因此，还有更重要的一步---probe。探测完成对硬件的检测工作。
我们先将相关代码进行列示：
static int __init example_probe(struct pci_dev *pci_dev,conststruct pci_device_id *pci_id) { struct example_pci *my_pci; /* 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, EXAMPLE_DMA_MASK)) return-ENODEV; /* 在内核空间中动态申请内存 */ if((my_pci = kmalloc(sizeof(struct example_pci), GFP_KERNEL))== NULL){ printk(KERN_ERR "example_pci: out of memory\n"); return-ENOMEM; } memset(my_pci,0,sizeof(*my_pci)); /* 读取PCI配置信息 */ my_pci->iobase = pci_resource_start(pci_dev,1); my_pci->pci_dev = pci_dev; my_pci->pci_id = pci_id->device; my_pci->irq = pci_dev->irq; my_pci->next= devs; my_pci->magic = EXAMPLE_MAGIC; /* 设置成总线主DMA模式 */ pci_set_master(pci_dev); /* 申请I/O资源 */ request_region(my_pci->iobase,64,my_pci_names[pci_id->driver_data]); return 0; }
整个程序的思路很清晰，并不需要去太多的讲解，只是对里面的一些函数需要进行一下讲解.
1.pci_enable_device
激活PCI设备，在驱动程序可以访问PCI设备的任何设备资源之前(I/O区域或者中断)，驱动程序必须调用该函数：
int pci_enable_device(struct pci_dev *dev); /*driver/pci/pci.c*/
该函数实际的激活设备。它把设备唤醒，在某些情况下还指派它的中断线和I/O区域。
2.访问PCI地址空间
在驱动程序检测到设备之后，它通常需要读取或写入三个地址空间：内存，端口和配置。对驱动程序来说，对配置空间的访问至关重要，因为这是它找到设备映射到内存和I/O空间的什么位置的唯一途径。
因而，首先来看看配置空间的访问：
Linux内核为我们想的很周到，在内核中就已经提供了访问配置空间的标准接口，我们只要去直接调用就好了。
对于驱动程序而言，可通过8位，16位，32位的数据传输访问配置空间。相关函数定义在<linux/pci.h>中:
int pci_read_config_byte(conststruct pci_dev *dev,intwhere, u8 *val);/*8位，读入一个字节*/ int pci_read_config_word(conststruct pci_dev *dev,intwhere, u16 *val);/*16位，读入两个字节*/ int pci_read_config_dword(conststruct pci_dev *dev,intwhere, u32 *val);/*32位，读入四个字节*/
const struct pci_dev *dev：由dev标识的设备配置空间；
int where：从配置空间起始位置计算的字节偏移量；
u8/u16/u32 *val：从配置空间获得的值通过val指针返回；
函数本身返回的值是错误码。
注意：word和dword函数会将读取到的little-endian值转换成处理器固有的字节序。我们自己无需处理字节序。
上面的是读的情况，写的情况也是类似的<linux/pci.h>:
int pci_write_config_byte(conststruct pci_dev *dev,intwhere, u8 *val);/*8位，写入一个字节*/ int pci_write_config_word(conststruct pci_dev *dev,intwhere, u16 *val);/*16位，写入两个字节*/ int pci_write_config_dword(conststruct pci_dev *dev,intwhere, u32 *val);/*32位，写入四个字节*/
因此，我们可以利用上面的函数读取和修改设备的信息。
讲完配置空间，接下来唠叨一下I/O和内存空间。
一个PCI设备可实现多达6个I/O地址区域，每个区域既可以使内存也可以是I/O地址。在内核中PCI设备的I/O区域已经被集成到通用资源管理器。因此，我们无需访问配置变量来了解设备被映射到内存或者I/O空间的何处。获得区域信息的首选接口是下面的宏定义：
#define pci_resource_start(dev, bar)((dev)->resource[(bar)].start)
该宏返回六个PCI I/O区域之一的首地址(内存地址或者I/O端口号).该区域由整数的bar(base address register，基地址寄存器)指定，bar取值为0到5。
#define pci_resource_end(dev, bar)((dev)->resource[(bar)].end)
该宏返回第bar个I/O区域的首地址。注意这是最后一个可用的地址，而不是该区域之后的第一个地址。
#define pci_resource_flags(dev, bar)((dev)->resource[(bar)].flags)
该宏返回和该资源相关联的标志。
资源标志用来定义单个资源的特性，对与PCI I/O区域相关的PCI资源，该信息从基地址寄存器中获得，但对于和PCI无关的资源，它可能来自其他地方。所有资源标志定义在<linux/ioport.h>。
二，打开设备模块
static int example_open(struct inode *inode, struct file *file)
{ /* 申请中断，注册中断处理程序 */ request_irq(my_pci->irq, &example_interrupt, SA_SHIRQ, my_pci_names[pci_id->driver_data], my_pci)) ; /* 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(&my_pci->open_sem); while(my_pci->open_mode & file->f_mode) { if (file->f_flags & O_NONBLOCK) { /* NONBLOCK模式，返回-EBUSY */ up(&my_pci->open_sem); return -EBUSY; } else { /* 等待调度，获得控制权 */ my_pci->open_mode |= f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE); up(&my_pci->open_sem); /* 设备打开计数增1 */ MOD_INC_USE_COUNT; /* ... */ } } }
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。
三，数据读写和信息控制模块
static int example_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg) { /* ... */ switch(cmd) { case EXAMPLE_RDATA: /* 从I/O端口读取4字节的数据 */ val = inl(my_pci->iobae + 0x10); /* 将读取的数据传输到用户空间 */ return 0; } /* ... */
}
PCI设备驱动程序可以通过example_fops结构中的函数example_ioctl( )，向应用程序提供对硬件进行控制的接口。例如，通过它可以从I/O寄存器里读取一个数据，并传送到用户空间里。
四，中断模块
static void example_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) { struct example_pci *my_pci = (struct example_pci *)dev_id; u32 status; spin_lock(&my_pci->lock); /* 中断 */ status = inl(my_pci->iobase + GLOB_STA); if(!(status & INT_MASK)) { spin_unlock(&my_pci->lock); return; /* not for us */ } /* 告诉设备已经收到中断 */ outl(status & INT_MASK, my_pci->iobase + GLOB_STA); spin_unlock(&my_pci->lock); /* 其它进一步的处理 */ }
PCI的中断资源比较有限，只有0~15的中断号，因此大部分外部设备都是以共享的形式申请中断号的。当中断发生的时候，中断处理程序首先负责对中断进行识别，然后再做进一步的处理。
五，释放设备模块
static int example_release(struct inode *inode, struct file *file) { /* ... */ /* 释放对设备的控制权 */ my_pci->open_mode &= (FMODE_READ | FMODE_WRITE); /* 唤醒其它等待获取控制权的进程 */ wake_up(&my_pci->open_wait); up(&my_pci->open_sem); /* 释放中断 */ free_irq(my_pci->irq, my_pci); /* 设备打开计数增1 */ MOD_DEC_USE_COUNT; /* ... */
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。
以上就是我对PCI驱动程序的现阶段理解，比较初浅，若有任何不合适的地方，请大家指出。
参考资料：
Alessandro Rubini,，Linux Device Drivers（3rd Edition） USA：O’Reilly，2005
