PCIe【9】Linux内核 PCI驱动

1. PCI驱动的架构层次

共分为4个核心层次：

1. PCI/PCIe核心层(PCI Core)

   1. driver/pci目录，负责总线枚举、资源配置、设备发现和通用驱动框架。

   2. 功能：扫描PCIe拓扑结构、分配内存和中断资源、管理设备配置空间（如BAR、Capability结构）。

2. 主机控制器驱动(Host Controller Driver)

   1. 位于drivers/pci/controller或drivers/pci/host目录，负责与硬件SoC/芯片组的PCIe RC交互。

   2. 功能：初始化Root Complex、处理总线扫描触发（如通过ACPI或设备树）。

3. PCIe设备驱动(Device Driver)

   1. 用户编写的具体设备驱动，如网卡、GPU、量子密码卡驱动等。

   2. 关键操作：映射BAR空间、配置DMA、注册中断处理函数。

4. 用户空间接口，提供/sys/bus/pci下的sysfs节点。

2. PCI驱动的结构体

PCI层负责大部分的设备探测工作。当探测到一个PCI设备时，将通过pci_register_driver()进行初始化。初始化主要包含以下工作：

1. 启用设备 pci_enable_device()
   1. 从休眠状态切换到工作状态；此外，如果BIOS没有做，pci_enable_device()会分配设备的I/O和内存区域，以及分配一个IRQ

• 请求MMIO/IOP资源(Memory-Mapped I/O; I/O Port)

• 设置DMA掩码大小（对于流式和一致的DMA）

• 分配和初始化共享控制数据（pci_allocate_coherent()）

• 访问设备配置空间(如果需要)

• 注册IRQ处理程序(request_irq())

• 初始化非PCI（即芯片的LAN/SCSI/等部分）

• 启用DMA/处理引擎

当使用完设备后，如果需要卸载模块，那采取以下步骤：

• 禁用设备产生的IRQ

• 释放IRQ（`free_irq()）

• 停止所有DMA活动

• 释放DMA缓冲区（包括一致性和数据流式）

• 从其他子系统（例如scsi或netdev）上取消注册

• 释放MMIO/IOP资源

• 禁用设备

当驱动退出时，它只是调用pci_unregister_driver()，PCI层会自动调用驱动处理的所有设备的移除钩子。

1. __init 标记
   含义：__init 是一个宏，它将一个函数标记为“仅在初始化期间使用”。
   作用：
   内存优化：被 __init 标记的函数（及其使用的数据，用 __initdata 标记）的代码会被编译器放置到一个特殊的内存段中（通常是 .init.text）。
   初始化后释放：当内核启动完成（对于内建驱动）或模块加载成功（对于可加载模块）后，内核会认为这些初始化代码不再需要。此时，内核会释放这个 .init.text 段所占用的内存，将其归还给系统。这可以节省宝贵的内核内存空间。
   使用场景：用于 module_init() 指定的初始化函数，以及所有只在初始化过程中被调用一次的函数。一旦初始化完成，这些函数的代码就不再需要了。
   示例：

static int __init my_driver_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "My driver initializing...\n");
    // 执行各种初始化操作，如注册设备、申请资源等
    return 0; // 成功
}
module_init(my_driver_init); // 告诉内核哪个函数是初始化入口