Linux驱动学习--PCI设备驱动

一、引言

PCI总线在linux中应用的十分广泛，本文就来简单介绍一下

二、PCI总线描述

1、PCI总线结构

PCI是CPU和外围设备通信的高速传输总线。普通PCI总线带宽一般为132MB/s(在32bit/33Mhz下)或者264MB/s（在32bit/66Mhz下）。

PCI总线体系结构是一种层次式的体系结构，PCI桥设备占据着重要的地位，它将父总线与子总线连接在一起，从而使整个系统看起来像一颗倒置的树形结构。

PCI桥包括以下几种：

Host/PCI桥：用于连接CPU与PCI根总线，在PC中，内存控制器也通常被集成到Host/PCI桥设备芯片，Host/PCI桥通常被称为“北桥芯片组”。

PCI/ISA桥：用于连接旧的ISA总线。PCI/ISA桥也被称为“南桥芯片组”。

PCI-to-PCI桥：用于连接PCI主总线与次总线。

在这里插入图片描述

2、PCI配置空间访问

PCI有3种地址空间：PCI/IO空间、PCI内存地址空间和PCI配置空间。
1、PCI配置空间（共为256字节）：

制造商标识：由PCI组织分配给厂家。
设备标识：按产品分类给本卡编号。
分类码：本卡功能分类码。
申请存储器空间：PCI卡内有存储器或以存储器编址的寄存器和I/O空间，为使驱动程序和应用程序能访问它们。配置空间的基地址寄存器用于此目的。
申请I/O空间：配置空间基地址寄存器用来进行系统I/O空间申请。
中断资源申请：向系统申请中断资源。

内核为驱动提供的函数访问配置空间：

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);

2、PCI的I/O和内存空间：
获取I/O或内存资源：

pci_resource_start(struct pci_dev *dev,  int bar);/*Bar值的范围为0-5*/

该函数返回六个 PCI I/O 区域之一的第一个地址（内存地址或 I/O 端口编号）。

pci_resource_end(struct pci_dev *dev,  int bar)   /* Bar值的范围为0-5*/

该函数返回第 bar 个 I/O 区域的后一个地址。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。

pci_resource_flags(struct pci_dev *dev,  int bar)  /* Bar值的范围为0-5 */

该函数返回资源关联的标志。资源标志用来定义单个资源的某些特性。对与 PCI I/O 区域关联的 PCI 资源，该信息从基地址寄存器中获得，但对其它与 PCI 设备无关的资源，它可能来自任何地方。所有的资源标志定义在 <linux/ioport.h> 中，下面列出其中最重要的几个：

IORESOURCE_IO

IORESOURCE_MEM

如果对应的 I/O 区域存在，将设置上面标志中的一个，而且只有一个。

IORESOURCE_PREFETCH

IORESOURCE_READONLY

上述标志定义内存区域是可预取的，或者是写保护的。对 PCI 资源来讲，从来不会设置后面的那个标志。通过使用 pci_resource_flags函数，设备驱动程序可完全忽略底层的 PCI 寄存器，因为系统已经使用这些寄存器构建了资源信息。

3、PCI设备相关使用接口
1、申请/释放I/O或内存资源：

int pci_request_regions(struct pci_dev *pdev, const char *res_name);void pci_release_regions(struct pci_dev *pdev);

2、获取/设置驱动私有数据：

void *pci_get_drvdata(struct pci_dev *pdev);void pci_set_drvdata((struct pci_dev *pdev, void *data);

3、使能/禁止PCI设备：

int pci_enable_device(struct pci_dev *pdev);int pci_disable_device(struct pci_dev *pdev);

4、使能/禁止PCI设备：

int pci_enable_device(struct pci_dev *pdev);int pci_disable_device(struct pci_dev *pdev);

5、设置主总线为DMA模式：

void pci_set_master(struct pci_dev *pdev);

三、PCI设备驱动组成

PCI本质上就是一种总线，具体的PCI设备可以是字符设备、网络设备、USB等，所以PCI设备驱动应该包含两部分：

1、PCI驱动
2、根据需求的设备驱动

所以PCI设备一般都具有双重身份，一方面作为PCI设备注册到Linux内核，另一方面，作为字符设备或者块设备，或者网络设备注册到Linux内核，在看PCI设备时一定要注意到这点。

一般如果某个外设是PCI接口的，就需要应用内核的PCI驱动框架，与USB等总线相类似
内核中PCI驱动框架的相关实现函数位于’/kernel/drivers/pci/'下

根据需求的设备驱动是最终目的，PCI驱动只是手段帮助需求设备驱动达到最终目的而已。换句话说PCI设备驱动不仅要实现PCI驱动还要实现根据需求的设备驱动。
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PCI设备驱动初始化

1、初始化PCI设备结构体 intel 82599 万兆网卡
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pci 设备的编码如下：

在这里插入图片描述
2、注册PCI设备到内核 pci_register_driver

3、激活PCI设备 pci_enable_device_mem()
一般情况下，在pci设备的probe函数中，在驱动程序可以访问pci设备的任何设备资源之前，驱动程序必须调用pci_enable_device_mem()函数。
在这里插入图片描述
4、PCI设备申请存储资源 pci_request_selected_regions

5、申请成总线主DMA模式 pci_set_master，文件同上