基于Linux PCI总线驱动模型的网卡驱动分析
基于Linux PCI总线驱动模型的网卡驱动分析
总线概念：
总线是一种传输信号的信道；总线是连接一个或多个导体的电气连线。总线
由电气接口和编程接口组成，我们重点关注编程接口。
PCI（Peripheral Component Interconnect）外围设备互联的简称，是在桌面及更大型的计算机上普遍使用的外设总线。（驱动程序移植）
PCI总线具有三个非常显著的优点：
1、 在计算机和外设间传输数据时具有更好的性能
2、 能够尽量独立于具体的平台
3、 可以方便地实现即插即用
体系结构：
从结构上，PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线，它是在CPU和原来的系统总线之间的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。
系统的各个部分通过PCI总线和PCI-PCI桥连接在一起。CPU和RAM通过PCI桥连接到PCI总线0（即主PCI总线），而具有PCI接口的显卡直接连接到主PCI总线上。PCI-PCI桥是一个特殊的PCI设备，它负责将PCI总线0和PCI总线1连接在一起。图中连接到PCI1号总线上的是SCSI卡和以太网卡。为了兼容旧的ISA总线标准，PCI总线还可以通过PCI-ISA桥来连接ISA总线，从而支持以前的ISA设备，图中ISA总线上连接一个多功能I/O控制器，用于控制键盘、鼠标和软驱等。
PCI设备寻址：（深度优先遍历）
每个PCI设备由一个总线号、一个设备号和一个功能号确定。PCI规范允许一个系统最多拥有256条总线，每条总线最多带32个设备，但每个设备可以是最多8个功能的多功能板（如一个音频设备带一个CD-ROM驱动器）
/proc/iomem描述了系统中所有的设备I/O在内存地址空间上的映射。
dc400000-dc40ffff : 0000:02:01.0
dc400000-dc40ffff是它所映射的内存空间地址
0000:02:01.0是PCI外设的地址，它以冒号和逗号分隔开为4个部分（域16位+总线编号8位+设备号5位+功能号3位）：0000表示域，02表示一个总线号，01表示设备号，0表示功能号。由此描述为2号总线上的1号设备上的0号功能
因为PCI规范允许单个系统拥有最多256条总线，所以总线编号是8位。每个总线上可支持32个设备，所以设备号是5位，而每个设备上最多可有8种功能，所以功能号是3位。
使用lspci命令查看系统中的PCI设备。
配置寄存器：
每个PCI设备都有一组固定格式的寄存器，即配置寄存器，配置寄存器由Linux内核中的PCI初始化代码与驱动程序共同使用。内核启动时负责对配置寄存器进行初始化，包括设置中断号以及I/O基址等。
配置空间：
00H-01H Vendor ID 制造商标识
02H-03H Device ID 设备标识
04H-05H command 命令寄存器
06H-07H status 状态寄存器
08H Revision ID ID版本识别号寄存器
09H-0bH Class Code 分类代码寄存器
0cH Cache Line Size CACHE 行长度寄存器
0dH Latency Timer 主设备延迟时间寄存器
0eH header Type 头标类型寄存器
0fH Built-in-teset Register 自测试寄存器
10H-13H Base Address Register 0 基地址寄存器0
14H-17H Base Address Register 1 基地址寄存器1
18H-1bH Base Address Register 2 基地址寄存器2
1cH-19H Base Address Register 3 基地址寄存器3
20H-23H Base Address Register 4 基地址寄存器4
24H-27H Base Address Register 5 基地址寄存器5
28H-2bH Cardbus CIS Pointer 设备总线CIS指针寄存器
2cH-2dH Subsystem Vendor ID 子设备制造商标识
2eH-2fH Subsystem Device ID 子设备标识
30H-33H Expasion ROM Base Address 扩展ROM基地址
34H-3bH 保留
3cH Interrupt Line 中断线寄存器
3dH Interrupt Pin 中断引脚寄存器
3eH Min_Gnt 最小授权寄存器
2fH Max_Lat 最大延迟寄存器
厂商标识（Vendor id）
用来标识PCI设备生产厂家的数值。Intel的厂商标识为0x8086，全球厂商标识由PCI Special Interest Group来分配
设备标识（Device id）
用来标识设备的数值。Digital 21141快速以太设备的设备标识为0x0009
基地址寄存器（Base Address Register）记录此设备使用的I/O与内存空间的位置
中断连线（Interrupt Line）
记录此设备使用的中断号
中断引脚（Interrupt Pin） //查看该设备是否支持中断？
记录此PCI设备使用的引脚号（A、B、C、D）
Ø PCI 驱动程序设计
1、在Linux内核中，PCI驱动使用struct pci_driver结构来描述：
struct pci_driver{
……………….
const struct pci_device_id *id_table；
int（*probe）（struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id）
void （*remove）（struct pci_dev *dev）;
/*Device removed （NULL if not a hot-plug capable driver）*/
…………………
}
2、注册PCI驱动，使用如下函数：
pci_register_driver（struct pci_driver *drv）
3、使能设备：
在PCI驱动使用PCI设备的任何资源（I/O区或者中断）之前，驱动必须调用如下函数来使能设备：
int pci_enable_device（struct pci_dev *dev）
4、获取基地址：
一个PCI设备最多可以实现6个地址区域，大多数PCI设备在这些区域实现I/O寄存器。Linux提供了一组函数来获取这些区间的基地址：
pci_resource_start（struct pci_dev *dev, int bar）
//返回指定区域的起始地址，这个区域通过参数bar指定，范围从0-5，表示6个pci区域中的一个
pci_resource_end（struct pci_dev *dev, int bar）
//返回指定区域的末地址
5、中断：
中断号存放于配置寄存器PCI_INTERRUPT_LINE中，驱动不必去检查它，因为PCI_INTERRUPT_LINE中找到的值保证是正确的。如果设备不支持中断，寄存器PCI_INTERRUPT_PIN中的值是0，否则它是非0的值。但因为驱动开发者通常知道设备是否是支持中断，所以常常不需要访问PCI_INTERRUPT_PIN.
Ø 实例分析
drivers/net/hamachi.c分析
总线驱动和功能驱动到底是什么样的关系？
总线驱动实现在总线上找到设备，然后再调用probe实现功能驱动。即外层是总线驱动，内层是功能驱动！驱动移植时，probe中保持不变，修改的就是总线驱动。所以总线驱动模型，提高了驱动程序的可移植性！