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PCI
设备驱动
设备驱动
一
一、
PC
I
简介
PCI
是一种
外设总线规范
。我们
先来看一下什么是总线：总线是一种传输信号的路径或
信道。
典
型情况是，
总线是连接于一个或多个导体的电气连线，
总线上连
接的所有设备可在
同一时间收到所有的传输内容。总线由电气接口和编程接口组成。本文
讨论
Linux
下的设
备驱动，所以
，重点关注编程接口。
PCI
是
Peripheral
Component Interconnect
（外围设备互联）
的简称，是普遍使用在桌面及
更大型的计算机上的外设总线。
PCI
架构被设计为
ISA
标准的替
代品，它有三个主要目标：
获得在计算机和外设之间传输数据时更好的性能；
尽可能的平台无关；
简化往系统中添加和
删除外设
的工作。
二、
PCI
寻址
从现在开始，我想尽可能通过一些实际的例子来说明问题，而减少理论方面的问题的描
述，因为，相关的理论的东西，可以在其它地方找到。
我们先来看一个例子，
我的电
脑装有
1G
的
RAM
< br>，
1G
以后的物理内存地址空间都是外部
设备
IO
在系统内存地址空间上的映射。
/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。我们来看地址从
1G
开始的第一个设备在
/proc/iomem
中是如何描述的：
40000000-400003ff : 0000:00:1f.1
这是一个
PCI
设备，
40000000-400003ff
是它所
映射的内存地址空间，占据了内存地址空
间的
1024 byt
es
的位置，而
0000:00:1f.1
则是一个
PCI
外设的地址
,
它以冒号和逗号分隔为
4
个部分，
第一个
16
位表示域，
第二个
8
位表示一个总线编号，
第三个
5
位表示一个设备号，
最后是
3
位，表示功能号。
因为
PCI
规范允许单个系统拥有高达
256
个总线，所以总线编号是
8
位。但对于大型系
统而言，这是不够的，所以，引入了域的概念，每
个
PCI
域可以拥有最多
256
个总线，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。由此，我们可以得出上述的
PCI
设备的地址是
0
号域
0<
/p>
号总线上的
31
号设备
< br>上的
1
号功能。那上述的这个
P
CI
设备到底是什么呢？下面是我的电脑上的
lspci
命令的输
出：
00:00.0 Host bridge: Intel Corporation
82845 845 (Brookdale) Chipset Host Bridge (rev 04)
00:01.0 PCI bridge:
Intel Corporation 82845 845 (Brookdale) Chipset
AGP Bridge(rev 04)
00:1d.0 USB Controller: Intel
Corporation 82801CA/CAM USB (Hub #1) (rev 02)
00:1d.1 USB Controller:
Intel Corporation 82801CA/CAM USB (Hub #2) (rev
02)
00:1e.0 PCI bridge:
Intel Corporation 82801 Mobile PCI Bridge (rev 42)
00:1f.0 ISA bridge:
Intel Corporation 82801CAM ISA Bridge (LPC) (rev
02)
00:1f.1 IDE
interface: Intel Corporation 82801CAM IDE U100
(rev 02)
00:1f.3 SMBus:
Intel Corporation 82801CA/CAM SMBus Controller
(rev 02)
00:1f.5
Multimedia audio controller:Intel Corporation
82801CA/CAM AC'97 Audio Controller
(rev
02)
00:1f.6 Modem: Intel
Corporation 82801CA/CAM AC'97 Modem Controller
(rev 02)
01:00.0 VGA
compatible controller: nVidia Corporation NV17
[GeForce4 420 Go](rev a3)
02:00.0 FireWire (IEEE 1394): VIA
Technologies, Inc. IEEE 1394 Host Controller(rev
46)
02:01.0 Ethernet
controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd.
RTL-8139/8139C/8139C+(rev 10)
02:04.0 CardBus bridge: O2 Micro, Inc.
OZ6933 Cardbus Controller (rev 01)
02:04.1 CardBus bridge: O2 Micro, Inc.
OZ6933 Cardbus Controller (rev 01)
lspci
没有标明域，但对于一台
P
C
而言，一般只有一个域，即
0
号域。
通过这个输出我
们可以看到它是一个
IDE interfac
e
。由上述的输出可以看到，我的电脑上共有
3
个
PCI
总线
(0
号，
1
号，
2
号）
。在单个系统上，插入多个总线是通过桥（
b
ridge)
来完成的，桥是一种用
来连接总线的特殊
PCI
外设。所以，
PCI
系统的整体布局组织为树型，我们可以通过上面的
lspci
输出，来画出我的电脑上的
PCI
系统的树型结构：
00:00.0(
主桥）
--00:01.0(PCI
桥）
-----01:00:
0(nVidia
显卡）
|
< br>|---00:1d(USB
控制器
)--00:1d:
0(USB1
号控制器）
|
|
|
|--00:1d:1(USB2
号控制器）
< br>
|
|-00:1e:0(
PCI
桥
)--02:00.0(IEEE1394)
|
|
|
|-02:01.0(8139
网卡）
|
|
|
|-02:04(Card
Bus
桥
)-02:04.0(
桥
1
）
|
|
|
|--02:04.1(
桥
2)
|
|-00:1f(
多功能板卡
)-00:1f:0(ISA
桥
）
|
|--00:1f:1(IDE
接口
)
|
|--00:1f:3(SMBus)
|
|--00:1f:5(
多媒体声音控制器
)
|
|--00:1f:6(
调制解调器
)
由上图可以得出，我的电脑上共有
8
个
PCI
设备，其中
0
号总线上
(
主桥
)
上连有
4
个，
1
号总线上连有
1
个，
2
号总线上连有
3
个。
00:1f
是一个连有
5
个功能的多功能板卡。
每一个
PCI
设备都有它映射的内存地址空
间和它的
I/O
区域，这点是比较容易理解的。
除此之外，
PCI
设备还有它的配置寄存器。有了配置
寄存器，
PCI
的驱动程序就不需要探测
就能访问设备。
配置寄存器的布局是标准化的，
配置空间的<
/p>
4
个字节含有一个独一无二的功
能
ID
，
因此，
驱动程
序可通过查询外设的特定
ID
来识别
其设备。
所以，
PCI
接口标准在
ISA
之上的主要创新在于配置地址空间。
设备驱动
二
前文已讲过，
PCI
驱动程序不需要探测就能访问设备，而这得益于配置地址空间。在系统引
导阶段，
PCI
硬件设备保持未激活状态，
但每个
PCI
主板均配备有能够处理<
/p>
PCI
的固件，
固
件通过读写
PCI
控制器中的寄存器，提供了对设备配置地址
空间的访问。
配置地址空间
的前
64
字节是标准化的，它提供了厂商号，设备号，版本号等
信息，唯一
标识一个
PCI
设备。
同时，它也提供了最多可多达
6
个的
I/O
地址区域，
每个区域可以是内
存也可以是
I/O
地址。这几个
I/O
地址区域是驱动程序找到设备映射到内存和
I/
O
空间的具
体位置的唯一途径。有了这两点，
< br>PCI
驱动程序就完成了相当于探测的功能。关于这
64
个
字节的配置空间的详细情况，可参阅《
Linux
设备驱动程序第三版》
P306
< br>，不再详述。
下面，
我们来看一下
8139too
网卡设备的配置空间的详细情况。
在
2.6
内核的系统中，可
以在目录<
/p>
/sys/bus/pci/drivers/
下看到很多以
PCI
设备名命名的目录，但不是说这些设备都存
< br>在于你的系统中。我们进入
8139too
目录，其中有
一个以它的设备地址
0000:02:01.0
命名的
目录。
在这个目录下可以找到该网卡设备相关的很多信息。
其中
resource
记录了它的
< br>6
个
I/O
地址区域。内容如下
：
0x3400
0x34ff 0x0101
0x00000000e0000800 0x00000000e00008ff
0x0200
0x0000 0x0000
0x0000
0x0000 0x0000
0x0000
0x0000 0x0000
0x0000
0x0000 0x0000
0x0000
0x0000 0x0000
0x0000
由该文件可以看出，
< br>8139too
设备使用了两个
I/O
< br>地址区域，第一个是它映射的
I/O
端口
范围，第二个是它映射的内存地址空间。关于这两个值可以在
/proc/io
mem
和
/proc/ioport
中
得到验证。
设备驱动
三
为了能看到实际的运行效果，我们
选择
8139too
网卡作为示例
,<
/p>
从该网卡的
linux
驱动程序中
裁剪相关代码。
< br>一个
PCI
设备的驱动程序必须要向内核中的
PCI
核心描述自己。
同时，
它也必须告诉
PCI
核心自己能够驱动哪些设备。下面，就
介绍两个相关的重要数据结构。
struct pci_device_id {
__u32 vendor, device;
/* Vendor and device ID or PCI_ANY_ID*/
__u32
subvendor, subdevice; /* Subsystem ID's or
PCI_ANY_ID */
__u32 class, class_mask;
/* (class,subclass,prog-if) triplet */
kernel_ulong_t driver_data; /* Data
private to the driver */
};
struct pci_driver {
struct
list_head node;
char *name;
struct module *owner;
const struct
pci_device_id *id_table; //
驱动所能操纵的设备
id
列表。
int (*probe)(struct
pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id);
//
插入新设备
void (*remove)(struct
pci_dev *dev);
//
移除设备。
int
(*suspend)(struct pci_dev *dev, pm_message_t
state);
int (*resume)(struct pci_dev *dev);
int
(*enable_wake) (struct pci_dev *dev, pci_power_t
state, int enable);
void (*shutdown) (struct pci_dev *dev);
struct
device_driver
driver;
struct pci_dynids
dynids;
};
pci_device_id
唯一标识一个
PCI
设备。它的几个成员依次分别表示：厂商号，设备号，
子厂商号，子设备号，类别，类别掩码（类可分为基类，子类）
，私有数据。每一个<
/p>
PCI
设
备的驱动程序都有一个
pci_device_id
的数组，用于告诉
PCI
核心自己能够驱动哪些设备。
8139too
的驱动程序定义它的
pci_device_id
数组如下：
static struct pci_device_id
rtl8139_pci_tbl[];
该数组被初
始化为
8139
系列的一组网卡，
当<
/p>
PCI
核心得到这个数组后，
会拿数组中
的每
一项跟从
PCI
配置空间中读取到
的数据进行比对，从而为该驱动程序找到正确的设备。而
pci_driver
代表一个
pci
驱动程序。成员
id_talbe
即是指向
pci_device_i
d
数组的指针。
name
是驱动程序的
名字，
probe
完成探测工作，
即拿
pci_device_id
数组与内核中的数据进行比对。<
/p>
remove
完成驱动程序的移除工作。关键的成员就这几个。<
/p>
驱动程序通过
pci_module_init
向内核注册自己
（我
们有时会看到
pci_register_driver
函数，
其实它们是同一个，在内核代码中会看到，只是一个简单的
#d
efine
）
：
pci_module_init(&pci_driver);
调用函数后，如果
pci_d
evice_id
数组中标识的设备存在于系统中，并且该设备恰好还没
有驱动程序，则该驱动程序会被安装。下面我们来看从
8139too
驱动代码中裁剪的
pci
设备
< br>初始化代码：
pci_driver.h:
/* pci_driver.h
* helinqiang@
* 2006-3-5
*/
#ifndef PCI_DRIVER_H
#define PCI_DRIVER_H
#include
//for struct pci_device_id
#include
//for MODULE_DEVICE_TABLE
#include
//for struct pci_driver
#define DRV_NAME
#define DRV_VERSION
#define RTL8139_DRIVER_NAME
DRV_NAME
typedef
enum{
RTL8139 = 0,
RTL8129,
}board_t;
static
struct pci_device_id rtl8139_pci_tbl[] = {
{0x10ec, 0x8139,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x10ec, 0x8138,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x1113, 0x1211,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x1500, 0x1360,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x4033, 0x1360,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x1186, 0x1300,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x1186, 0x1340,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x13d1, 0xab06,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x1259, 0xa117,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x1259, 0xa11e,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x14ea, 0xab06,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x14ea, 0xab07,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x11db, 0x1234,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x1432, 0x9130,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x02ac, 0x1012,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x018a, 0x0106,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x126c, 0x1211,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x1743, 0x8139,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x021b, 0x8139,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
#ifdef
CONFIG_SH_SECUREEDGE5410
/* Bogus 8139 silicon reports 8129
without external PROM :-( */
{0x10ec, 0x8129, PCI_ANY_ID,
PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
#endif
#ifdef CONFIG_8139TOO_8129
{0x10ec, 0x8129, PCI_ANY_ID,
PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8129 },
#endif
/* some crazy cards report invalid
vendor ids like
*
0x0001 here.
The other ids are valid
and constant,
* so we
simply don't match on the main vendor id.
*/
{PCI_ANY_ID, 0x8139, 0x10ec, 0x8139, 0,
0, RTL8139 },
{PCI_ANY_ID, 0x8139, 0x1186, 0x1300, 0,
0, RTL8139 },
{PCI_ANY_ID, 0x8139, 0x13d1, 0xab06, 0,
0, RTL8139 },
{0,}
};
MODULE_DEVICE_TABLE(pci,
rtl8139_pci_tbl);
static int __devinit
rtl8139_init_one(struct pci_dev *pdev, const
struct pci_device_id *id);
static void
__devexit rtl8139_remove_one(struct pci_dev
*pdev);
static struct
pci_driver rtl8139_pci_driver = {
.name
= DRV_NAME,
.id_table
=
rtl8139_pci_tbl,
.probe
= rtl8139_init_one,
.remove
=
__devexit_p(rtl8139_remove_one),
};
#endif //PCI_DRIVER_H
pci_driver.c:
/*
pci_driver.c
* helinqiang@
* 2006-3-5
*/
#include
#include
MODULE_AUTHOR(
MODULE_LICENSE(
static int __init
rtl8139_init_module(void)
{
/* when we're a module, we always print
a version message,
*
even if no 8139 board is found.
*/
#ifdef MODULE
printk (KERN_INFO RTL8139_DRIVER_NAME
#endif
return
pci_module_init(&rtl8139_pci_driver);
}
static void
__exit rtl8139_cleanup_module (void)
{
pci_unregister_driver(&r
tl8139_pci_driver);
}
module_init(rtl8139_init_module);
module_exit(rtl8139_cleanup_module);
int __devinit
rtl8139_init_one(struct pci_dev *pdev, const
struct pci_device_id *id)
{
//
这里可插入各种调试代码，下文会有专门描述。
return 0;
}
void __devexit
rtl8139_remove_one (struct pci_dev *pdev)
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