Linux内核中的PCI总线初始化与设备管理

"本文档详细介绍了PCI（Peripheral Component Interconnect）总线，主要关注Linux内核如何初始化PCI总线和设备。PCI总线是微计算机系统中处理器/存储器与外围设备之间的重要通信机制，其规范定义了互连机构的协议、电气、机械和配置空间标准。文中还涉及PCI总线的逻辑结构，包括PCI-PCI桥和CPU如何通过PCI总线与各种设备如视频设备、SCSI设备和以太网设备交互。此外，文档讨论了PCI的地址空间，强调了CPU和PCI设备共享存储器的需求以及由此产生的访问冲突问题。" PCI总线是一种高速局部总线标准，它允许CPU和内存与外围设备之间进行高效的数据交换。"PCI局部总线规范3"详细定义了这个互连体系的各个方面，确保不同厂商的硬件能够兼容并协同工作。在基于PCI的系统中，CPU通常连接到PCI局部总线0，该总线通常用于连接关键设备如显卡。PCI-PCI桥则用于扩展总线，连接其他PCI局部总线，如PCI局部总线1，以支持更多的设备，如SCSI控制器和网络接口卡。 在PCI总线的地址空间方面，设备驱动程序需要访问共享存储器来控制PCI设备和传递数据。这些共享存储器包含了设备的控制和状态寄存器，允许软件读取设备状态或向设备发送指令。例如，SCSI设备驱动程序会通过读取状态寄存器来确认是否可以执行大块数据写入，并通过写入控制寄存器来启动设备操作。 然而，当CPU的系统内存作为共享存储器时，可能出现访问冲突。因为当PCI设备访问内存时，CPU必须暂停等待，这可能导致性能下降。为了解决这个问题，PCI总线设计了一种机制，即配置空间，使得CPU和PCI设备可以独立访问各自的地址空间，同时通过特定的配置机制来协调对共享资源的访问。 在Linux内核中，初始化PCI总线和设备的过程是至关重要的，它涉及到识别和配置系统中的所有PCI设备，分配适当的中断请求（IRQ），设置内存映射，以及确保设备驱动程序正确地与硬件交互。内核会遍历PCI配置空间，识别每个设备，并根据设备的ID加载相应的驱动程序，以实现设备功能。 PCI总线是现代计算机系统中不可或缺的一部分，它提供了一种高效且灵活的方式来连接和管理各种硬件组件。通过理解PCI的工作原理，开发者可以更好地优化系统性能，解决硬件兼容性问题，以及开发针对PCI设备的驱动程序。