ACPI热插拔在系统中的实现

1、系统初始化阶段

在上电阶段PCI设备的扫描节点，ACPI模式根节点（主桥）被PCI总线驱动枚举，从驱动程序的角度上来看可以把root看作一个PCI桥，包含4个地址区间用于描述PCI桥下次一级的总线的地址分配情况，通过扫描PCI root得到root，把从ACPI BIOS获得的资源（中断，总线号）绑定在PCI的root的描述结构acpi_pci_root上。

1．初始化root ：acpi_pci_root_init是初始化root的第一步，在这里首先调用注册函数acpi_bus_register_driver，它的带入参数是acpi设备的驱动程序描述结构struct acpi_driver acpi_pci_root_driver，该函数注册支持ACPI PCI总线的驱动程序，同样一个ACPI PCI桥也和在名字空间创建之后，搜索名字空间中所有设备的类型和名字，并且把它们绑定到相对应的驱动程序上，启动过程中搜索名字空间中已经定义的ACPI PCI，ACPI桥设备都使用一个acpi_device数据结构表示，这个数据结构是从ACPI的层次上描述设备，支持ACPI的PCI桥和标准的PCI-PCI桥使用相同的模式遍历，但是在ACPI中可以使用（_ADR,_BBN,_PRT）从名字空间中获得相关的ACPI PCI桥资源信息（例如设备地址资源，总线号，设备的ID号,中断路由），当对acpi_device的所有的字段都完成初始化之后，就会调用acpi_pci_root_add把得到的root的数据结构挂在acpi_pci_root队列上，顾名思义这个队列就是系统内所有的root的集合。

2.初始化支持Hot Plug的root插槽：在完成root的初始化之后，接着就是要对ACPI PCI Hot Plug的插槽进行初始化，在系统初始化ACPI HotPlug驱动模块的时候，会首先遍历在acpi_pci_root队列上的所有ACPI root，并且调用Hot Plug驱动模块acpi_pci_register_driver中的add_bridge方法把当前的具备热拔插功能ACPI的root都找到。

如何确定是否支持热拔插呢？在Linux HotPlug中有一个函数detect_ejectable_slots检测是否有可以支持热拔插的SLOT(插槽以acpihp_slot结构表示),插槽是在名字空间中定义的，可以理解为物理设备上的插槽，也可以理解为在PCI桥或者root下的一个负责支持或者管理热拔插的设备，插槽上包含了功能模块(function)，表示功能是针对具体设备，如果找到支持热拔插的插槽则表示当前的root是支持热拔插的，反之就会对当前的root下的PCI总线做深度遍历，寻找到下一级的支持Hot Plug的ACPI PCI-PCI桥；

热拔插的SLOT是连接在宿主桥也可以连接在PCI-PCI桥之上的，在宿主桥之下有PCI-PCI桥，它采用传统的PCI桥递归方式查找下一级总线的PCI桥；宿主桥获取资源（IO和MEM）是从地址空间中获得。从名字空间中调用_CRS对象找到地址资源后挂上当前的桥描述结构的资源树上。而PCI-PCI桥的资源则是从当前桥设备上的配置空间中获得， 例如在名字空间中，下面是某个设备内的资源表示：

Device(EC0) { ... ... Name(_CRS,Buffer(){//表示该_CRS所归属的设备的系统空间，IO或者MEM，中断等资源 IO(Decode16,FC00,FC03,4,4)//表示IO区间宽度为16个Bit，开始地址为FC00结束为FC03，4个字节对//齐，长度为4个字节 IRQ(Level,ActiveHigh,Shared{5}//表示当前的中断为电平，高电平有效，共享的，系统中断5 } ) ... ... }         例1-5 嵌入式控制器EC0的CRS对象在名字空间中的描述

通过acpi_evaluate_integer调用指定设备的方法_BBN和_SEG，获得段号和总线号然后调用add_host_bridge初始化PCI宿主桥上的资源，（IO,MEM）获得总线资源：

status = acpi_walk_resources(handle, METHOD_NAME__CRS, decode_acpi_resource, bridge);

资源在ACPI中是作为一个对象节点保存在BIOS中的名字空间，acpi_walk_resources函数使用指定的_CRS方法可以读指定设备的资源对象，放在acpi_resource结构中，然后调用decode_acpi_resource对资源对象解析出合适的资源存储空间，IO空间，下级地址，总线地址，预存取存储空间（采用pci_resource数据结构），把解析完毕的资源绑定在桥芯片描述结构的四个资源队列树上（mem_head，io_head，bus_head，p_mem_head），然后调用专门的函数acpiphp_resource_sort_and_combine对资源树进行整理，并且回收/合并一些相连的资源区间；在获取地址空间资源上，传统PCI-PCI桥和PCI宿主桥是一致的。

完成了PCI-PCI桥和PCI宿主桥的资源配置之后，就是调用init_bridge_misc来初始化这两种根集中器，以及一些已经在PCI总线上的设备，并且完成对这些设备的枚举，另外在这里对ACPI PCI系统或者是设备事件的处理句柄的注册,当PCI桥出现了GPE事件发生时刻处理句柄的注册，会用于对这些事件的响应：

首先调用decode_hpp（调用acpi_evaluate_object）获得ACPI hot-plug的一些参数，例如Cache Line的长度，PCI总线延迟周期（以PCI总线的时钟来记数），PERR和SERR使能寄存器。

然后调用acpiphp_detect_pci_resource把在PCI总线上完成枚举的设备上已经占用的资源从桥的资源列表减掉，这样在PCI桥之下留下来的就是空闲的资源树。

遍历ACPI的名字区间，得到指定设备类型的ACPI设备的对象，并且调用相关的用户函数对其进行初始化，这里遍历函数中调用句柄register_slot，参数acpiphp_bridge *bridge为当前的PCI宿主桥或者是PCI-PCI桥结构，如下：

status = acpi_walk_namespace(ACPI_TYPE_DEVICE, bridge->handle, (u32)1,register_slot, bridge, NULL);

register_slot是一个回调函数，遍历所有的已经存在于名字空间中的PCI总线上的PCI设备(也就是PCI的功能function)。遍历的过程中，有的设备是不支持拔插的，那么直接跳过，我们知道在Linux驱动中PCI的每个功能都是结构pci_dev,每个PCI插槽(SLOT)中对应有8个PCI功能设备（function），而在ACPI的名字空间中则列出每个PCI功能设备(下面的例子是一个关于Hot-plug方式的名字空间，例子中就非常明白地显示出每个PCI槽相对应的功能function)。并且为已经在名字空间中体现出来的设备建立数据描述结构acpiphp_func *newfunc，如果设备存在（也许是Legacy设备或者是已经在启动时候插入的热插拔板卡）那么就对其进行对应的资源初始化工作（acpiphp_init_func_resource），直接把在PCI设备配置空间中的地址资源读出，最后把设备挂在对应的插槽结构中（acpiphp_slot）。如果对应的设备没有插槽结构acpiphp_slot，那么就重新建立新的插槽结构。

最后调用acpi_install_notify_handler把控制句柄handle_hotplug_event_func安装在桥上等待ACPI系统事件和设备事件的触发，这两类事件将引发热拔插的后ACPI热拔插系统的动作。

2、发生拔插事件的处理

在设备插入后，有两个比较重要的GPE会从设备端或者是系统端发生：ACPI_NOTIFY_BUS_CHECK，ACPI_NOTIFY_DEVICE_CHECK，他们分别表示Bus Check事件和Device Check事件，都通告当前的PCI总线发生了变化，这两个事件的含义见表1-1，其实两者的处理模式基本是一致的，我们介绍一下Device Check的执行流程：

（1） 首先是遍历当前宿主桥下所有的SLOT，通过调用其_STA方法获得当前每个插槽上的状态，如果没有_STA方法，就直接检查当前的SLOT上的厂商号是否为全F,如果不是，表示有设备插入。

（2） 当获得当前状态是ACPI_STA_ALL（表示所有的功能模块均有效）的时候，表示当前的设备上需要使能所有的功能模块，这个时候就要调用使能一个SLOT的函数enable_slot。

（3） 使能一个SLOT的第一步是给当前设备上电--power_on_slot，调用当前设备的_PS0方法。

（4） 第二步是使能并且配置一个SLOT--enable_device，在enable_device中的函数acpiphp_configure_slot为每个插槽上的功能模块（function）进行初始化和配置工作，首先检查每个function是否存在，如果不存在，表明该模块是没有对应设备的，这样才进一步调用函数init_config_space对找到的每一个功能块进行初始化，对于一个标准的PCI设备（function），一般有6个存储空间，init_config_space程序将依次扫描6个存储空间，根据每个存储空间的长度（mem/pmem/io）从桥的地址空间"批发"地址资源到pci_resource *res中，并且写入当前找到的PCI功能模块（function）的配置空间中。

（5） 接下来调用pci_scan_slot扫描每个Slot上设备的功能模块,这里已经进入PCI层的初始化阶段，在上段中已经对ACPI通告的PCI设备的IO/MEM/Pre-MEM的PCI配置空间中的地址寄存器配置完毕，现在就在从PCI配置空间进一步读入设备信息，并根据设备的具体类型进一步初始化设备，获取PCI的IO和存储空间的基地址（pci_dev结构中的资源字段resource），中断输入脚（pci_read_irq函数会读出PCI_INTERRUPT_PIN/PCI_INTERRUPT_LINE寄存器中的内容，它表示了当前PCI设备的中断输出到8259A的中断输入或者是IO APIC的中断输入上），在PCI核心层上完成PCI设备结构(pci_dev结构)的构建工作。从而最终脱离ACPI层到达PCI设备层。

说到中断，ACPI层的PCI中断和标准的PCI设备的处理方式有一些不一样；对于ACPI层来说，这里为ACPI引入了一个新的中断表--PCI Routing Table，它在BIOS中保存了对PCI设备的中断输入脚映射到中断控制器的输入，需要在初始化ACPI子系统的以后，由设备驱动层调用pci_enable_device在PCI层次上初始化设备以及其驱动，特别是使能中断输入和使能配置空间中的各个IO/MEM空间，这里需通过_PRT获取某个设备中断输入；从_PRT方法获得的PCI设备中断引脚映射将覆盖从PCI枚举阶段所建立的PCI设备到中断控制器之间的中断映射；传统的PCI设备是使用中断修正的方式来进行PCI设备的中断映射。

name(_PRT,Package{/*名字空间中PRT采用Package的方式包装中断定义*/ Package{0x0004fff,0,LINKA,8},/*设备的基地址为0x00004fff，中断请求线为中断A，中断输入为8*/ ... ... Package{0x0004fff,3,LINKD,8},/*设备的基地址为0x00004fff，中断请求线为中断D，中断输入为8*/ }) 例1-5 显卡中的_PRT表在名字空间中的部分描述

_PRT实质上是和PCI设备从BIOS中获得的中断路径表类似，对ACPI中断驱动初始化而言是实现从名字空间设备的_PRT节点中获取中断资源并且修正中断过程,从上面的表可以看出，设备中断脚到中断控制器的中断路径事实上也是被定义在_PRT中的，ACPI中规定如果是硬件上直接定义了中断输入脚到中断控制器的路径，那么就确定表示使用那个全局的中断（例如系统中断8），而中断INTA-INTD就不会被定义。

所以对于使用ACPI Hot-Plug PCI设备的驱动程序而言，一定需要使能PCI设备的有效资源，对中断重新安排，所以在热拔插的设备在完成插入之后，需要手工使用/sbin/modprobe命令载入设备内核驱动模块，调用.probe设备驱动接口，绝大部分的热拔插都是使用PCI共享中断，所以一般来说会在PRT方法中直接定义成系统的共享中断，直接获取设备_PRT的中断。

3、内核流程分析

1、acpiphp_enumerate_slots分析：

首先判断是否为主桥设备，当时主桥设备时，初始化struct acpiphp_root_context *root_context结构，然后加入&bridge_list全局链表中，遍历名称空间，调用acpiphp_add_context函数，在这个函数中，评估DSDT中pci主桥下设备的ADR对象，不存在或出错返回。获取成功则初始化设备节点的热插拔上下文，具体为初始化struct acpiphp_context *context结构：

（1） context->hp.notify = acpiphp_hotplug_notify热插拔事件处理函数：

获取指定设备的热插拔上下文。调用hotplug_event，处理当发生拔插事件：ACPI_NOTIFY_BUS_CHECK，ACPI_NOTIFY_DEVICE_CHECK，他们分别表示Bus Check事件和Device Check事件。

ACPI_NOTIFY_BUS_CHECK --- Bus Check事件。此通知在设备对象上执行，以指示OSPM需要在设备树上执行即插即用的重新枚举操作，该操作从通知它的位置开始。OSPM通常会在启动时自动执行完整的枚举，但是在系统初始化之后，ACPI AML代码有责任在需要重新枚举操作时通知OSPM。通知在设备树中越准确、越接近实际的变化，操作系统的响应就越有效; 但是，当无法确认设备更改时，也可能出现问题。例如，如果硬件在系统休眠状态下无法识别某个特定位置的设备更改，它会在唤醒时发出一个总线检查通知，通知OSPM需要检查设备更改的配置。

ACPI_NOTIFY_DEVICE_CHECK --- 设备检查。用于通知OSPM设备出现或消失。如果设备已经出现，OSPM将从父节点重新枚举。如果设备已经消失，OSPM将使设备状态无效。OSPM可以优化我们的重新枚举。如果_DCK存在，则假定Notify(object,1)表示取消停靠请求。如果设备是桥，OSPM可以重新枚举桥和子总线。

1. 当为ACPI_NOTIFY_BUS_CHECK时，当为桥时：检测桥下设备是否支持热插拔，评估_STA对象，正常则检测移除没有响应的pci设备。如设备存在且有响应，则使能设备的所有功能（enable_slot）。否则将禁用设备。当为设备时，调用enable_slot使能设备（没有置位slot->flags & SLOT_IS_GOING_AWAY）。
2. 当为ACPI_NOTIFY_DEVICE_CHECK时，当为桥时，和上述流程相同。当为设备时，重新扫描pci slot。
3. 当为ACPI_NOTIFY_EJECT_REQUEST时，是pci设备的配置信息无效，遍历slot中所有func，检测DSDT中是否有_EJ0方法，有则执行_EJ0方法将设备移除。

2、热插拔调用栈

[   50.496093] [<ffffffff8021be2c>] show_stack+0x9c/0x130

[   50.500000] [<ffffffff80f0bc20>] dump_stack+0xb0/0xf0

[   50.503906] [<ffffffff8087c790>] acpiphp_hotplug_notify+0x30/0x258

[   50.507812] [<ffffffff808e2380>] acpi_device_hotplug+0xb0/0x500

[   50.515625] [<ffffffff808d8298>] yun : Got handle forn+0x20/0x38

[   50.519531] [<ffffffff80286588>] process_one_work+0x160/0x370

[   50.527343] [<ffffffff802868f4>] worker_thread+0x15c/0x558

[   50.531250] [<ffffffff8028d47c>] kthread+0x11c/0x150

[   50.535156] [<ffffffff80213524>] ret_from_kernel_thread+0x14/0x1c

中断调用流程

[   74.433593] CPU: 0 PID: 0 Comm: swapper/0 Tainted: G           O      4.19.90+ #138

[   74.433593] Bus check in hotplug_event()

[74.441406]Hardware name: Loongson Loongson-LS3A3000-7A1000-1w-V1.2-Dev/Loongson-LS3A3000-7A1000-1w-V1.2-Dev, BIOS Loongson-UDK2018-V1.5.7 04/15/2020

[   74.441406] Stack : ffffffffd500cce0 ffffffff802c7848 ffffffffd500cce0 78375c2ea329aaf8

[   74.441406]        78375c2ea329aaf8 0000000000000000 980000045e02fcb8 000000000000db78

[   74.457031]         0000000000000000 000000000000000a ffffffffffffffff 0000000000000001

[   74.457031]         000000000000008a 0000000000000002 ffffffff81441738 ffffffff81440000

[   74.472656]         ffffffff81440000 ffffffff81240000 0000000000000000 ffffffff812d0000

[   74.472656]         ffffffff811189c8 ffffffff812d0000 000000000000006f 0000000000000000

[   74.511718]         980000045fbf6b00 0000000000000002 ffffffff80959258 0000000000000000

[   74.519531]         ffffffff81430000 ffffffff81230000 980000045e02fcb0 980000045e02fee4

[   74.527343]         ffffffff80f0bc20 0000000000000000 0000000000000000 0000000000000000

[   74.539062]         0000000000000000 0000000000000000 ffffffff8021be2c 78375c2ea329aaf8

[   74.546875]         ...

[   74.546875] Call Trace:

[   74.550781] [<ffffffff8021be2c>] show_stack+0x9c/0x130

[   74.554687] [<ffffffff80f0bc20>] dump_stack+0xb0/0xf0

[   74.558593] [<ffffffff808f8d70>] acpi_ev_sci_xrupt_handler+0x28/0x70

[   74.566406] [<ffffffff808d83a0>] acpi_irq+0x20/0x68

[   74.570312] [<ffffffff802cc3c4>] __handle_irq_event_percpu+0xbc/0x198

[   74.578125] [<ffffffff802cc4d0>] handle_irq_event_percpu+0x30/0x90

[   74.585937] [<ffffffff802cc580>] handle_irq_event+0x50/0x90

[   74.589843] [<ffffffff802d181c>] handle_level_irq+0xf4/0x1a0

[   74.593750] [<ffffffff802cb1f4>] generic_handle_irq+0x2c/0x48

[   74.601562] [<ffffffff80f31228>] do_IRQ+0x18/0x28

[   74.605468] [<ffffffff80207ae0>] ls7a_msi_irq_dispatch+0x238/0x298

[   74.613281] [<ffffffff80213ab8>] except_vec_vi_end+0xb8/0xc4

[   74.617187] [<ffffffff802137a0>] __r4k_wait+0x20/0x40