PCIe学习笔记(一)——硬件设备识别扫盲篇(史无前例的好文章)

吹个牛先:计划写三篇文章,本文主要描述PCIe设备识别过程,接下来会完成两篇,(二)中断,(三)数据传输
博观而约取,厚积而薄发
写在开始的话,不知道看了多少资料才总结出一点知识,能输入已经很不容易,何况想要输出,有十能输出一二就算不错了。所以这个过程中真的很难坚持下来,何况没有实际项目作为载体,真的不知道实际运用中这些知识够不够用,这只是基于我之前的经验,认为一个全新的硬件模块中需要掌握的部分。
1 首先要了解这个硬件的用途,物理接口,pin定义。
2 要知道需要做什么样的配置才能使得设备达到我们的预期。
3 设备工作中最重要的就是三个模块,正确识别,注册中断以及终端处理函数,数据传输。
完成以上三步一个硬件模块的bringup就完成了。本文忽略了大部分细节,只为了用最短的篇幅描述好PCIe。
MSI、MSI-X中断和TLP这里不详细展开去说,必要的时候会带出来。
PCIe学习笔记(一)——硬件设备识别扫盲篇(史无前例的好文章)_第1张图片
首先用一张图来直观的呈现出要了解PCIe,我们需要知道的一些基本概念。
由于PCI/PCIe常见设备分为Bridge和Agent两种,这两种设备的区分是写在配置空间的header字段中的,所以配置空间也有两种类型:
其中Agent的配置空间类型称为Type 00h,Bridge的配置空间,它的类型被称为Type 01h。
PCI/PCIe的配置地址空间Configuration Space是一个与Memory空间和IO空间并列的独立的空间。

  • 对Legacy PCI来讲,Configuration Space有256 Bytes
  • 对于PCIe, Configuration Space有4096 Bytes
    BAR(Base Address Registers):决定PCI/PCIe设备空间映射到系统空间具体位置的寄存器,映射方式有两种,分别是IO和Memory映射,因此配置空间的访问方式也有两种:
  • IO方式(CF8h/CFCh)
  • Memory方式(ECAM)
    https://blog.csdn.net/vc66vcc/article/details/81014637
    https://blog.csdn.net/huangkangying/article/details/50570612
    用华为hisi的芯片来描述PCIe在linux中的驱动注册过程,可以参考本文:https://blog.csdn.net/chengch512/article/details/52635736?depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task&utm_source=distribute.pc_relevant.none-task
    参考文章链接:
    https://www.cnblogs.com/szhb-5251/p/11620310.html
    https://www.cnblogs.com/yangxingsha/p/11551472.html
    https://blog.csdn.net/kunkliu/article/details/94380357
    https://www.sohu.com/a/300238384_505795
    https://blog.csdn.net/buyi_shizi/article/details/51068609
    https://blog.csdn.net/abcamus/article/details/74157026
    https://blog.csdn.net/abcamus/article/details/74157026
    一个PCIe设备能够被识别,大致需要经过以下步骤:
    PCIe学习笔记(一)——硬件设备识别扫盲篇(史无前例的好文章)_第2张图片
    上述过程的详细描述可以参考这个链接:
    https://blog.csdn.net/maxwell2ic/article/details/90759280
    https://blog.csdn.net/yijingjijng/article/details/48196531
    上面的描述我们也能看到,一个设备之所以能够被检测并正确的识别,需要很多个过程,首先这个设备能够从物理上被识别到。而识别到这个设备的第一个关键步骤就是物理层上能够检测到。在设备中按照OSI模型,都会有多个层次结构。对于PCIe同样也不例外,下图就是一个PCIe的层次结构。
    PCIe学习笔记(一)——硬件设备识别扫盲篇(史无前例的好文章)_第3张图片
    此处只简单描述下PHY层(也就是物理层)中的链路训练状态机(LTSSM,Link Training and Status State Mechine)。
    主要包含五类状态:
    1 链路训练状态(Link Training State)
    Detect
    Polling
    Configuration
    2 重训练状态(Re-Training(Recovery)State)
    Recovery
    3 软件驱动功耗管理状态(Software Driven Power Managment State)
    L2
    L0
    L1
    4 活动状态功耗管理状态(Active-State Power Management State,ASPM State)
    L1
    L0s
    5 其它状态(Other State)
    From Configuration or Recovery :Disabled\External Loopback。
    From Recovery: Hot Reset。
    具体我们可以通过这张图来了解一下LTSSM:
    PCIe学习笔记(一)——硬件设备识别扫盲篇(史无前例的好文章)_第4张图片
    这一部分更为详细的描述,我们可以通过这个链接来看:https://blog.csdn.net/kunkliu/article/details/94594501

以上是在理论层面上全面的了解了PCIe,具体我们在使用的过程中,需要通过软件的方式来实现,从而能够正确的被上层应用使用。
pci驱动在linux中的描述如下:
Once the driver knows about a PCI device and takes ownership, the
driver generally needs to perform the following initialization:

Enable the device
Request MMIO/IOP resources
Set the DMA mask size (for both coherent and streaming DMA)
Allocate and initialize shared control data (pci_allocate_coherent())
Access device configuration space (if needed)
Register IRQ handler (request_irq())
Initialize non-PCI (i.e. LAN/SCSI/etc parts of the chip)
Enable DMA/processing engines

When done using the device, and perhaps the module needs to be unloaded,
the driver needs to take the follow steps:

Disable the device from generating IRQs
Release the IRQ (free_irq())
Stop all DMA activity
Release DMA buffers (both streaming and coherent)
Unregister from other subsystems (e.g. scsi or netdev)
Release MMIO/IOP resources
Disable the device

PCIe的BAR地址是如何分配的呢?

在PCIE配置空间里,0x10开始后面有6个32位的BAR寄存器,BAR寄存器中存储的数据是表示PCIE设备在PCIE地址空间中的基地址,注意这里不是表示PCIE设备内存在CPU内存中的映射地址,至于这两者之间如何转换,就是前面提到的TLP的工作。
枚举的过程描述可以参考:
http://blog.chinaaet.com/justlxy/p/5100053320
https://blog.csdn.net/buyi_shizi/article/details/51068609枚举
总结如下:
1 向BAR空间写1。
2 读取BAR值,确定地址空间大小和类型。
3 像高比特写入地址空间地址(系统分配的)。

你可能感兴趣的:(内核,PCIe)