ArmSom-W3开发板之PCIE的开发指南(二)

一、前言

上一篇RK3588平台驱动调试篇 [ PCIE篇 ] - PCIE的开发指南(一)已经介绍过如何在3588上使用pcie的资源,这一篇介绍在Linux系统下如何应用pcie接上的设备

二、 PCI 配置空间

一个PCIe系统最多有256条Bus,每条Bus上最多挂32个Device,每个Device最多又能实现8个Function,每个Function对应着4KB的配置空间。PCI设备拥有256B的配置空间,PCIe还提供另外4KB的扩展,这256B的配置空间中前64B是规范了的,其他的字节是各个厂商自己定义的。

2.1 PCI 设备的地址组成

PCI设备的地址是由三个部分组成的,通常以"域(Domain):总线(Bus):设备(Device).功能(Function)"的形式表示:

  • 域(Domain): 域是PCI设备的最高级别的地址组成部分。它用于标识不同的PCI总线。通常,大多数系统只有一个域,因此它的值为0。但在某些情况下,多个PCI域可以用于连接不同的PCI总线,每个域都有唯一的编号。
  • 总线(Bus): 总线标识PCI设备连接到计算机主板上的不同PCI总线。每个总线可以连接多个PCI设备。总线号通常是一个介于0和255之间的整数。
  • 设备(Device): 设备标识特定总线上的不同PCI设备。每个PCI总线可以连接多个设备,每个设备都有唯一的设备号,通常是0到31之间的整数。
  • 功能(Function): 功能标识PCI设备中的不同功能单元。有些PCI设备具有多个功能,每个功能都有唯一的功能号,通常是0到7之间的整数。大多数PCI设备只有一个功能。

这个地址组成使得系统能够唯一地标识和管理各种PCI设备,以便它们可以有效地与计算机系统进行通信。在使用工具如lspci时,这些地址通常用于显示和识别PCI设备。
将上一篇介绍的ArmSom-W3开发板的M.2插槽接好对应模组,上电后使用lspci命令查看:

root@linaro-alip:/home/linaro# lspci
0000:00:00.0 PCI bridge: Fuzhou Rockchip Electronics Co., Ltd Device 3588 (rev 01)
0000:01:00.0 Non-Volatile memory controller: Intel Corporation NVMe Optane Memory Series
0002:20:00.0 PCI bridge: Fuzhou Rockchip Electronics Co., Ltd Device 3588 (rev 01)
0002:21:00.0 Network controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. Device b852
0004:40:00.0 PCI bridge: Fuzhou Rockchip Electronics Co., Ltd Device 3588 (rev 01)
0004:41:00.0 Ethernet controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8125 2.5GbE Controller (rev 05)

2.2 设备地址分析

lspci命令的输出会列出所有PCI设备的信息,包括设备的制造商、型号、PCI地址等。输出通常以文本形式提供,并按总线地址(BDF:Bus, Device, Function)的顺序排列。

上述命令使用结果分析:

  1. 0000:00:00.0 PCI bridge: Fuzhou Rockchip Electronics Co., Ltd Device 3588 (rev 01)

    设备地址:0000:00:00.0
    设备类型:PCI桥接器(PCI Bridge)
    制造商:Fuzhou Rockchip Electronics Co., Ltd
    设备型号:Device 3588
    设备版本:rev 01
    此设备是一种PCI桥接器,通常用于将其他PCI设备连接到计算机主板上。

  2. 0000:01:00.0 Non-Volatile memory controller: Intel Corporation NVMe Optane Memory Series

    设备地址:0000:01:00.0
    设备类型:非易失性内存控制器(Non-Volatile Memory Controller)
    制造商:Intel Corporation
    设备型号:NVMe Optane Memory Series
    此设备是Intel Corporation生产的非易失性内存(NVMe)控制器,通常用于管理NVMe存储设备,如高速固态硬盘(SSD)。

  3. 0002:21:00.0 Network controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. Device b852

    设备地址:0002:21:00.0
    设备类型:网络控制器(Network Controller)
    制造商:Realtek Semiconductor Co., Ltd.
    设备型号:Device b852
    此设备是一块Realtek Semiconductor Co., Ltd生产的网络控制器,通常用于连接计算机到网络。

  4. 0004:41:00.0 Ethernet controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8125 2.5GbE Controller (rev 05)

    设备地址:0004:41:00.0
    设备类型:以太网控制器(Ethernet Controller)
    制造商:Realtek Semiconductor Co., Ltd.
    设备型号:RTL8125 2.5GbE Controller
    设备版本:rev 05
    此设备是一块Realtek Semiconductor Co., Ltd生产的以太网控制器,支持2.5千兆比特每秒(2.5GbE)的网络连接速度,用于连接计算机到网络。

设备地址"0000:01:00.0"表示了一个PCI设备在系统中的唯一标识。这个地址可以被分解为以下部分来进行分析:

域(Domain): 在这种情况下,域的值为"0000",通常情况下,大多数系统只有一个域,所以它的值通常是"0000"。

总线(Bus): 总线的值为"01",表示这个PCI设备连接到系统的第1个PCI总线。每个总线可以连接多个PCI设备。

设备(Device): 设备的值为"00",表示在该总线上的第1个PCI设备。每个总线可以连接多个设备,它们分别具有唯一的设备号。

功能(Function): 功能的值为"0",表示这个PCI设备只有一个功能单元。一些PCI设备具有多个功能单元,每个功能单元都有唯一的功能号。

这个地址用于唯一标识PCI设备,以便系统可以识别和管理它们。您可以使用这个地址来查询或配置PCI设备,以及了解它们在系统中的物理位置和特征。

三、PCI设备使用

pcie接口接高速固态硬盘(SSD)的情景较多,这里使用由Intel Corporation生产的非易失性内存(NVMe)控制器,ArmSom-W3开发板使用的内核已经确保系统上已经加载了相应的NVMe驱动程序,并且操作系统能够正确识别和管理NVMe设备。

3.1 NVMe控制器使用

这里介绍一下使用NVMe控制器的基本步骤:

  1. 检查NVMe设备是否被识别:
    运行以下命令,查看系统是否正确识别了NVMe设备

    root@linaro-alip:/home/linaro# lspci | grep NVMe
    0000:01:00.0 Non-Volatile memory controller: Intel Corporation NVMe Optane Memory Series
    
    

    如果您看到与Intel Corporation相关的NVMe设备信息,则表示设备已经被识别。

  2. 检查NVMe驱动程序是否加载
    使用以下命令检查系统是否已加载了NVMe驱动程序:

    lsmod | grep nvme
    

    如果输出中显示了与NVMe驱动程序相关的模块(例如nvme),则表示驱动程序已加载。

  3. 查看NVMe设备信息:
    使用以下命令查看NVMe设备的详细信息,包括设备的名称、容量等:

    root@linaro-alip:/home/linaro# nvme list
    Node             SN                   Model                                    Namespace Usage                      Format           FW Rev  
    ---------------- -------------------- ---------------------------------------- --------- -------------------------- ---------------- --------
    /dev/nvme0n1     PHBT8506028Z016N     INTEL MEMPEK1J016GAL                     1          14.40  GB /  14.40  GB    512   B +  0 B   K4110420
    

    或者使用以下命令查看设备的分区信息:

    root@linaro-alip:/home/linaro# lsblk
    NAME         MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
    mmcblk0      179:0    0 29.1G  0 disk 
    ├─mmcblk0p1  179:1    0    4M  0 part 
    ├─mmcblk0p2  179:2    0    4M  0 part 
    ├─mmcblk0p3  179:3    0   64M  0 part 
    ├─mmcblk0p4  179:4    0  128M  0 part 
    ├─mmcblk0p5  179:5    0   32M  0 part 
    ├─mmcblk0p6  179:6    0   14G  0 part /
    ├─mmcblk0p7  179:7    0  128M  0 part /oem
    └─mmcblk0p8  179:8    0 14.8G  0 part /userdata
    mmcblk0boot0 179:32   0    4M  1 disk 
    mmcblk0boot1 179:64   0    4M  1 disk 
    nvme0n1      259:0    0 13.4G  0 disk 
    

    在输出中,NVMe设备通常以/dev/nvmeXnY的形式表示,其中X是NVMe设备的编号,Y是分区编号。

注意:
ArmSom-W3固件里NVMe驱动程序相关的模块已经加载至内核里面
Linux系统通常使用nvme-cli工具执行各种操作,如查看设备信息、执行固件更新、执行健康检查等

3.2 挂载设备

NVMe设备是/dev/nvme0n1,总容量为14.40 GB,当前使用了14.40 GB

使用以下命令挂载它:

root@linaro-alip:/dev# mount /dev/nvme0n1 /mnt
[ 4399.143769] EXT4-fs (nvme0n1): recovery complete
[ 4399.145058] EXT4-fs (nvme0n1): mounted filesystem with ordered data mode. Opts: (null)

recovery complete:这是文件系统(EXT4)的恢复消息,它表明文件系统在挂载前进行了一次恢复操作,以确保文件系统的一致性。

mounted filesystem with ordered data mode. Opts: (null):这是文件系统挂载成功的消息,表明文件系统已经成功挂载,并且使用了"ordered data mode"模式。括号中的"(null)"表示没有指定特定的挂载选项。

使用以下命令卸载设备:

umount /mnt

对于存储设备,还可以进行分区和格式化操作,这个看个人需要,可以使用工具如fdiskparted来创建分区,并使用mkfs命令格式化分区

3.3 读写测试

对NVMe设备进行读写测试,可以使用一些专门的基准测试工具,例如fio或dd命令。
下面是一些基本的操作步骤:

  1. 使用fio进行读写测试:

    安装fio工具

    apt-get install fio
    

    创建一个fio测试配置文件,创建一个名为test.fio的文件,内容如下:

    [sequential-read]
    filename=/dev/nvme0n1
    rw=read
    bs=4k
    size=1G
    

    这个配置文件将对NVMe设备执行4KB块大小的1GB顺序读取测试。可以根据需要调整参数。

  2. 使用dd命令进行读写测试:

    运行以下写测试命令:

    sudo dd if=/dev/zero of=/dev/nvme0n1 bs=1M count=1000
    

    其中if参数是输入文件(通常是/dev/zero,用于写入测试),of参数是输出文件(通常是您的NVMe设备),bs参数是块大小,count参数是要执行的块数

    运行以下读测试命令:

    sudo dd if=/dev/nvme0n1 of=/dev/null bs=1M count=1000
    

读写性能可能会受到多种因素的影响,包括设备型号、硬件配置和测试条件等

ArmSoM 产品介绍: http://wiki.armsom.org/index.php/ArmSoM-w3

ArmSoM 技术论坛: http://forum.armsom.org/

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