PCI设备驱动与Linux内核开发详解

"Linux 内核开发 PCI 设备驱动详解" 在深入探讨Linux内核开发中的PCI设备驱动之前，首先需要了解PCI（Peripheral Component Interconnect）总线的基本概念。PCI是一种高性能、低成本且具有良好扩展性的计算机系统接口标准，广泛应用于各种计算机系统，包括服务器和嵌入式设备。 PCI总线由以下三个主要部分组成： 1. PCI设备：这些是遵循PCI标准的硬件组件，如图1所示的Audio和LAN设备。它们分为两类，主设备启动访问操作，而目标设备接收访问。 2. PCI总线：系统中可能存在多条PCI总线，形成类似树形结构的扩展，每条总线可连接多个设备或桥接器。 3. PCI桥：用于连接不同PCI总线，扩大系统的扩展能力，如图中的两个PCI桥。 PCI总线操作由主设备发起，包括IO方式读/写、Memory方式读/写和Configuration方式读/写等多种类型，这些操作是设备间通信的基础。 为了对PCI设备进行编程，需要访问PCI设备的配置空间。每个PCI设备或桥都有一个256字节的配置空间，其中包含了设备的相关信息。配置空间的布局因设备类型而异，例如，HeaderType寄存器（偏移量0x0E）用于标识设备类型。 在Linux内核中，处理PCI设备的关键步骤包括： 1. **枚举**：内核会自动检测和枚举所有连接的PCI设备，通过读取配置空间的Vendor ID和Device ID来识别设备。 2. **分配资源**：包括I/O地址、内存映射区和中断请求线（IRQ）。内核会为每个设备分配合适的资源并记录在设备的PCI设备结构体中。 3. **初始化**：在设备被加载的驱动程序控制之前，内核会执行基本的设备初始化，如设置设备的工作模式。 4. **驱动加载**：当设备的Vendor ID和Device ID匹配到已知的驱动程序时，对应的驱动程序会被加载并接管设备。 5. **设备操作**：驱动程序通过访问配置空间和内存映射的设备寄存器来控制和通信设备。 在编写PCI设备驱动时，程序员需要实现以下核心函数： - `probe`：这是驱动程序的初始化函数，用于识别设备并进行必要的初始化。 - `remove`：当设备被移除或驱动被卸载时调用，用于释放资源和清理。 - `read` 和 `write`：根据设备类型，可能需要实现这些函数以处理从设备读取数据和向设备写入数据。 - `interrupt handler`：处理设备产生的中断事件。 此外，Linux内核提供了一系列的API函数供驱动开发者使用，如`pci_scan_bus`用于扫描PCI总线，`pci_read_config_word`和`pci_write_config_word`用于读写配置空间，以及`request_region`和`release_region`用于管理I/O端口资源。 理解PCI设备驱动开发涉及对PCI总线协议、内核驱动模型以及设备驱动编程原理的深刻掌握。通过以上讲解，我们可以看到，开发Linux内核的PCI设备驱动不仅仅是硬件层面的交互，更是操作系统与硬件之间复杂协作的一部分。