Linux驱动——PCI

Linux驱动——PCI

小狼@http://blog.csdn.net/xiaolangyangyang

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PCI设备枚举过程：

（PC系统中BIOS和OS均实现了枚举过程，linux可通过内核PCI access mode配置选择使用OS还是BIOS进行枚举，嵌入式系统中枚举过程由linux驱动实现）

1、PCI控制器是通过读取配置空间寄存器的VID检测是否存在bridge或device，读取值为0xFF则为空；

2、PCI控制器在bus上（从bus0-device0-func0开始）扫描bridge，如果有bridge，则初始化该配置空间，写入bus num到该配置空间寄存器，再跳转到对应的bus上扫描下一级bridge（注意：该处写入bus号到硬件后，访问对应的下一级bridge才有效，其跳转就是读取对应的地址偏移的配置寄存器）；

3、CPU最初只能扫描到bus0上的bridge或device，初始化其下的bridge配置寄存器后（写入bus num），才能正常扫描对应的下一级bus；

4、递归式扫描整个配置寄存器形成树状结构；

5、依次在所有的bus上扫描device，通过向BAR空间写0xFFFFFFFF，读取BAR值确定BAR地址空间size和type，一个func包括6个BAR空间，每个有效的BAR都需要分配物理地址；

6、系统分配物理空间地址（该地址即为PCI空间映射到MEM空间的物理地址）写到BAR寄存器高bit位，这样在CPU访问到该部分物理空间地址时，就落入到了RC空间。

PCI MEM/IO映射过程：

（由Linux driver实现）

        Linux驱动申请虚拟地址将BAR寄存器分配的物理地址进行MEM or IO映射，CPU发出一个物理地址，落入分配给RC的空间，这个地址进入PCIE的调度体系，就可以从RC开始，变成PCIE自己的消息（TLP）。

NVMe协议：

NVMe协议是基于PCIe接口的一种SDD标准协议，其在PCIe上支持65536个命令队列，Message和Data（core）支持乱序，支持的接口如下：

1、message：用于传输命令，命令可变数据长度（512b到2Mb），一般只有一个message接口；

2、data（core）：用于传输数据，一般有多个data接口。

PCI设备驱动程序：

        左边主要涉及的是PCI总线驱动，那么PCI设备驱动是什么呢。PCI设备驱动是通过PCI总线桥梁连接的硬件设备的驱动，例如基于PCI总线的网卡设备。以下代码是一个典型的PCI设备代码框架：

疑难问答：

1、在枚举之前访问左右的配置空间是什么效果？
        枚举之前，没有将bus num写入配置寄存器，只能访问到root bridge下的全部配置寄存器，其他配置寄存器读出来全是0。
        例如root bridge下挂载有3个bridge，分别是B_A、B_B、B_C，每个bridge下挂载一个dev，分别是D_A、D_B、D_C，这时读取bus 0下的配置寄存器，能读到B_A、B_B、B_C，但是在任何bus下都读不到D_A、D_B、D_C。
        把B_A的bus num写1后，就能读取到bus 1下的D_A；
        把B_B的bus num写2后，才能读取到bus 2下的D_B；
        把B_C的bus num写3后，才能读取到bus 2下的D_C。
2、写入BAR寄存器的地址是什么地址？
        写入BAR寄存器的地址是PCI空间地址，CPU要访问这个地址，就得有MEM空间到PCI空间的地址映射，各平台映射关系如下（一般为一一映射关系）：
        X86：一一映射关系，只要CPU向某个物理地址写数据，bridge都能获取，如果是BAR地址，就会将该数据经bridge传到PCI；
        powerPC：Outbound和Inbound寄存器组；
        ARM：AXI总线传递数据，ARM使用ECAM的方式访问pcie配置空间，BAR空间也是吗？

3、怎么读写配置寄存器？

       X86：PCIe配置寄存器与MEM独立编址，使用CFG_ADDR、CFG_DATA寄存器读写；
       ARM ECAM映射：ECAM把PCIe配置寄存器映射到MEM空间，统一编址；
       ARM硬件支持：硬件直接将PCIe配置寄存器分配到MEM空间，统一编址。

 4、PCI空间与MEM空间怎么映射？

       X86：一一对应映射；
       ARM/PowerPc；使用Outbound和Inbound寄存器组进行映射配置。

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 Linux Kernel核心中文手册-Chapter6-PCI

必看：原来PCIe技术原理这么简单！

PCI BAR设置过程

PCIe设备枚举
PCI设备BAR空间的初始化

RISCV Platform Spec之PCIe

从cpu角度理解PCIe

从cpu角度理解PCIe续集