PCI驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)分析報告

1、PCI驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)分析報告關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)PCI設(shè)備上有三種地址空間：PCI的I/O空間、PCI的存儲空間和PCI的配置空間。CPU可以訪問PCI設(shè)備上的所有地址空間，其中 I/O空間和存儲空間提供給設(shè)備驅(qū)動程序使用，而配置空間則由Linux內(nèi)核中的PCI初始化代碼使用。內(nèi)核在啟動時負責對所有PCI設(shè) 備進行初始化，配置好所有的PCI設(shè)備，包括中斷號以及I/O基址，并在文件/proc/pci中列出所有找到的PCI設(shè)備，以及這些設(shè)備的 參數(shù)和屬性。Linux驅(qū)動程序通常使用結(jié)構(gòu)(struct)來表示一種設(shè)備，而結(jié)構(gòu)體中的變量則代表某一具體設(shè)備，該變量存放了與該設(shè)備相關(guān)的所有信 息。好的驅(qū)動程序都應(yīng)該

2、能驅(qū)動多個同種設(shè)備，每個設(shè)備之間用次設(shè)備號進行區(qū)分，如果采用結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來代表所有能由該驅(qū)動程序驅(qū)動 的設(shè)備，那么就可以簡單地使用數(shù)組下標來表示次設(shè)備號。在PCI驅(qū)動程序中，下面幾個關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)起著非常核心的作用：. pci_driver這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在文件include/linux/pci.h里，這是Linux內(nèi)核版本2.4之后為新型的PCI設(shè)備驅(qū)動程序所添加的，其中最 主要的是用于識別設(shè)備的id_table結(jié)構(gòu)，以及用于檢測設(shè)備的函數(shù)probe()和卸載設(shè)備的函數(shù)remove():struct pci_driver struct list_head node;char 六name;const s

3、truct pci_device_id *id_table;int (六probe) (struct pci_dev 六dev, const struct pci_device_id 六id);void (六remove) (struct pci_dev 六dev);int (*save_state) (struct pci_dev 六dev, u32 state);int (*suspend)(struct pci_dev 六dev, u32 state);int (六resume) (struct pci_dev 六dev);int (*enable_wake) (struct pci_d

4、ev 六dev, u32 state, int enable););pci_dev這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也在文件include/linux/pci.h里，它詳細描述了一個PCI設(shè)備幾乎所有的硬件信息，包括廠商ID、設(shè)備ID、各種資源等：struct pci_dev struct list_head global_list;struct list_head bus_list;struct pci_bus 六bus;struct pci_bus 六subordinate;void 六sysdata;struct proc_dir_entry 六procent;unsigned int devfn;unsig

5、ned short vendor;unsigned short device;unsigned short subsystem_vendor;unsigned short subsystem_device;unsigned int class;u8hdr_type;u8rom_base_reg;struct pci_driver 六driver;void *driver_data;u64 dma_mask;u32current_state;unsigned short vendor_compatibleDEVICE_COUNT_COMPATIBLE;unsigned short device_

6、compatibleDEVICE_COUNT_COMPATIBLE;unsigned int irq;struct resource resourceDEVICE_COUNT_RESOURCE;struct resource dma_resourceDEVICE_COUNT_DMA;struct resource irq_resourceDEVICE_COUNT_IRQ;charname80;charslot_name8;int active;int ro;unsigned short regs;int (*prepare)(struct pci_dev 六dev);int (*activat

7、e)(struct pci_dev 六dev);int (*deactivate)(struct pci_dev 六dev););基本框架在用模塊方式實現(xiàn)pci設(shè)備驅(qū)動程序時，通常至少要實現(xiàn)以下幾個部分：初始化設(shè)備模塊、設(shè)備打開模塊、數(shù)據(jù)讀寫和控制模塊、中斷處理模塊、設(shè)備釋放模塊、設(shè)備卸載模塊。下面給出一個典型的 pci設(shè)備驅(qū)動程序的基本框架，從中不難體會到這幾個關(guān)鍵模塊是如何 組織起來的。/*指明該驅(qū)動程序適用于哪一些PCI設(shè)備*/static struct pci_device_id demo_pci_tbl _initdata = PCI_VENDOR_ID_DEMO, PCI_DEVI

8、CE_ID_DEMO,PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, DEMO,0,;/*對特定PCI設(shè)備進行描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*/struct demo_card unsigned int magic;/*使用鏈表保存所有同類的PCI設(shè)備*/struct demo_card *next;/* . */*中斷處理模塊*/static void demo_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)/* . */*設(shè)備文件操作接口 */static struct file_operations demo_fops = own

9、er:THIS_MODULE,/* demo_fops所屬的設(shè)備模塊*/read:demo_read,/*讀設(shè)備操作*/write:demo_write,/*寫設(shè)備操作*/ioctl:demo_ioctl,/*控制設(shè)備操作*/mmap:demo_mmap,/*內(nèi)存重映射操作*/open:demo_open,/*打開設(shè)備操作*/release:demo_release/*釋放設(shè)備操作*/* . */）；/*設(shè)備模塊信息*/static structpci_driverdemo_pci_driver = name:demo_MODULE_NAME,/*設(shè)備模塊名稱*/id_table:demo_p

10、ci_tbl,/*能夠驅(qū)動的設(shè)備列表*/probe:demo_probe,/*查找并初始化設(shè)備*/remove:demo_remove/*卸載設(shè)備模塊*/* . */)；static int _init demo_init_module (void)/* . */static void _exit demo_cleanup_module (void)pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);/*加載驅(qū)動程序模塊入口 */module_init(demo_init_module);/*卸載驅(qū)動程序模塊入口 */module_exit(demo_cleanup

11、_module);上面這段代碼給出了一個典型的PCI設(shè)備驅(qū)動程序的框架，是一種相對固定的模式。需要注意的是，同加載和卸載模塊相關(guān)的函數(shù)或數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)都要在前面加上_init、_exit等標志符，以使同普通函數(shù)區(qū)分開來。構(gòu)造出這樣一個框架之后，接下去的工作就是如何完成框 架內(nèi)的各個功能模塊了。初始化設(shè)備模塊在Linux系統(tǒng)下，想要完成對一個PCI設(shè)備的初始化，需要完成以下工作：檢查PCI總線是否被Linux內(nèi)核支持；檢查設(shè)備是否插在總線插槽上，如果在的話則保存它所占用的插槽的位置等信息。讀出配置頭中的信息提供給驅(qū)動程序使用。當Linux內(nèi)核啟動并完成對所有PCI設(shè)備進行掃描、登錄和分配資源等初始化

12、操作的同時，會建立起系統(tǒng)中所有 PCI設(shè)備的拓撲結(jié)構(gòu)，驅(qū)動程序首先調(diào)用函數(shù)pc i_present()檢查PCI總線是否已經(jīng)被Linux內(nèi)核支持，如果系統(tǒng)支持PCI總線結(jié)構(gòu)，這個函數(shù)的返回值為0，如果驅(qū)動程序在調(diào)用這個函數(shù)時得到了一個非0的返回值，那么驅(qū)動程序就必須得中止自己的任務(wù)了。在 2.4以前的內(nèi)核中，需要手工調(diào)用pci_find_device()函數(shù)來查找PCI設(shè)備，但在2.4以后更好的辦法是調(diào)用pci_register_driver()函數(shù)來注冊PCI設(shè)備的驅(qū)動 程序，此時需要提供一個pci_driver結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中給出的probe探測例程將負責完成對硬件的檢測工作。static

13、 int _init demo_probe(struct pci_dev *pci_dev, const struct pci_device_id *pci_id)struct demo_card 六card;/*啟動pci設(shè)備*/if (pci_enable_device(pci_dev)return -EIO;/*設(shè)備DMA標識*/if (pci_set_dma_mask(pci_dev, DEMO_DMA_MASK) return -ENODEV;/*在內(nèi)核空間中動態(tài)申請內(nèi)存*/if (card = kmalloc(sizeof(struct demo_card), GFP_KERNEL

14、) = NULL) printk(KERN_ERR pci_demo: out of memoryn);return -ENOMEM;memset(card, 0, sizeof(六card);/*讀取pci配置信息*/card-iobase = pci_resource_start (pci_dev, 1);card-pci_dev = pci_dev;card-pci_id = pci_id-device;card-irq = pci_dev-irq;card-next = devs;card-magic = DEMO_CARD_MAGIC;/*設(shè)置成總線主DMA模式*/pci_set_m

15、aster(pci_dev);/*申請i/o資源*/request_region(card-iobase, 64, card_namespci_id-driver_data);return 0;打開設(shè)備模塊在這個模塊里主要實現(xiàn)申請中斷、檢查讀寫模式以及申請對設(shè)備的控制權(quán)等。在申請控制權(quán)的時候，非阻塞方式遇忙返回，否則進程主 動接受調(diào)度，進入睡眠狀態(tài)，等待其它進程釋放對設(shè)備的控制權(quán)。static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file)/*申請中斷，注冊中斷處理程序*/request_irq(card-irq, &demo_int

16、errupt, SA_SHIRQ,card_namespci_id-driver_data, card) /*檢查讀寫模式*/if(file-f_mode & FMODE_READ) /* . */if(file-f_mode & FMODE_WRITE) /* . */*申請對設(shè)備的控制權(quán)*/down(&card-open_sem);while(card-open_mode & file-f_mode) if (file-f_flags & o_nonblock) /* NONBLOCK 模式，返回-EBUSY */up(&card-open_sem);return -EBUSY; else

17、 /*等待調(diào)度，獲得控制權(quán)*/card-open_mode |= f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE);up(&card-open_sem);/*設(shè)備打開計數(shù)增1 */MOD_INC_USE_COUNT;/* . */數(shù)據(jù)讀寫和控制信息模塊PCI設(shè)備驅(qū)動程序可以通過demo_fops結(jié)構(gòu)中的函數(shù)demo_ioc tl(),向應(yīng)用程序提供對硬件進行控制的接口。例如，通過它可以從事實上，在demo_fops里還可以實現(xiàn)諸如demo_read( )、demo_mmap()等操作，Linux內(nèi)核源碼中的driver目錄里提供了許多 設(shè)備驅(qū)動程序的源代碼，找那里可以找到

18、類似的例子。在對資源的訪問方式上，除了有 I/O指令以外，還有對外設(shè)I/O內(nèi)存的訪問。對 這些內(nèi)存的操作一方面可以通過把I/O內(nèi)存重新映射后作為普通內(nèi)存進行操作，另一方面也可以通過總線主 DMA(Bus Master DMA) 的方式讓設(shè)備把數(shù)據(jù)通過DMA傳送到系統(tǒng)內(nèi)存中。中斷處理模塊PC的中斷資源比較有限，只有015的中斷號，因此大部分外部設(shè)備都是以共享的形式申請中斷號的。當中斷發(fā)生的時候，中斷處理程序首先負責對中斷進行識別，然后再做進一步的處理。static void demo_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs 六regs)st

19、ruct demo_card 六card = (struct demo_card *)dev_id;u32 status;spin_lock(&card-lock);status = inl(card-iobase + GLOB_STA);if(!(status & INT_MASK)spin_unlock(&card-lock);return; /* not for us */*告訴設(shè)備已經(jīng)收到中斷*/outl(status & INT_MASK, card-iobase + GLOB_STA);spin_unlock(&card-lock);/*其它進一步的處理，如更新DMA緩沖區(qū)指針等*/釋放設(shè)備模塊釋放設(shè)備模塊主要負責釋放對設(shè)備的控制權(quán)，釋放占用的