Linux驱动学习--初识PCI驱动(一)教程
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。
对于PCI的一些具体介绍可以参考: PCi具体介绍
一、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。
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。
下面的数据结构就是–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,}
};
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。
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。
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。
二、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。
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,}
};
/* 对特定PCI设备进行描述的数据结构 */
struct example_pci {
unsignedint magic;
/* 使用链表保存所有同类的PCI设备 */
struct example_pci *next;
/* ... */
}
/* 中断处理模块 */
staticvoid example_interrupt(int irq,void*dev_id,struct pt_regs *regs)
{
/* ... */
}
/* 设备文件操作接口 */
staticstruct file_operations example_fops ={
owner: THIS_MODULE,/* demo_fops所属的设备模块 */
read: example_read,/* 读设备操作*/
write: example_write,/* 写设备操作*/
ioctl: example_ioctl,/* 控制设备操作*/
open: example_open,/* 打开设备操作*/
release: example_release /* 释放设备操作*/
/* ... */
};
/* 设备模块信息 */
staticstruct pci_driver example_pci_driver ={
name: example_MODULE_NAME,/* 设备模块名称 */
id_table: example_pci_tbl,/* 能够驱动的设备列表 */
probe: example_probe,/* 查找并初始化设备 */
remove: example_remove /* 卸载设备模块 */
/* ... */
};
staticint __init example_init_module (void)
{
/* ... */
}
staticvoid __exit example_cleanup_module (void)
{
pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);
}
/* 加载驱动程序模块入口 */
module_init( example_init_module);
/* 卸载驱动程序模块入口 */
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。