「深入探索Linux的PCI驱动」

1. PCI驱动介绍

Peripherals Component Interconnect（PCI）是一种本地计算机总线标准，是一种用于连接计算机内部硬件设备的总线标准。PCI总线可在计算机的主板上提供连接，支持其他卡或板，如网卡，声卡，显卡等硬件扩展插件。

在Linux中，与PCI硬件交互的驱动程序称为PCI驱动程序，它是内核中的一部分。PCI驱动程序管理Linux内核和PCI卡之间的通信。PCI驱动程序的目的是将Linux内核的机制与PCI设备的硬件功能结合起来。

1.1 PCI驱动的注册和注销

PCI驱动程序的注册并不是一个自动的过程。每当内核加载一个PCI驱动程序时，驱动程序都需要向内核发出请求来注册它。同样，当驱动程序完成操作和处理后，驱动程序也需要向内核发出请求来注销它。

要注册PCI驱动程序，必须创建一个struct pci_driver对象，并使用pci_register_driver()函数向内核注册它。在驱动程序不再需要处理PCI设备时，使用pci_unregister_driver()函数可以将其从内核中注销。

static struct pci_driver pci_driver = {
    .name     = "driver-name",
    .id_table = pci_device_id_table,
    .probe    = driver_probe,
    .remove   = driver_remove,
};
static int __init driver_init(void)
{
    return pci_register_driver(&pci_driver);
}
static void __exit driver_exit(void)
{
    pci_unregister_driver(&pci_driver);
}

2. PCI设备的访问方式

当一个PCI设备被检测到并加载了相应的PCI驱动程序后，PCI设备就可以被操作系统访问和控制。为了访问PCI设备，驱动程序需要保存一个对struct pci_dev结构的引用。它是内核中用于表示PCI设备的结构体。

2.1 PCI配置空间

在Linux下，要访问PCI设备的寄存器，必须首先访问PCI配置空间。

对PCI设备的访问是通过读写PCI配置空间寄存器进行的。要读取配置寄存器，需要使用pci_read_config_{byte, word, dword}()函数，而要写入配置寄存器，需要使用pci_write_config_{byte, word, dword}()函数。

以下是一个示例代码，用于在pci设备上读取和写入配置信息：

static int pci_probe(struct pci_dev *pdev,
                      const struct pci_device_id *ent)
{
    int err;
    u8 value;
    err = pci_enable_device(pdev);
    if (err)
        goto err;
    /* Read from configuration space */
    pci_read_config_byte(pdev, PCI_CLASS_REVISION, &value); 
    /* Write to configuration space */
    pci_write_config_byte(pdev, PCI_INTERRUPT_LINE, 0x01);
    return 0;
err:
    return err;
}

2.2 PCI内存映射IO

PCI内存映射IO（MMIO）是Linux内核中PCI设备和CPU之间进行通信的最常用方法之一。PCI设备驱动程序使用ioremap()函数将显存映射到内存中，驱动程序通过获取对物理地址指针的访问权限来读写内存。

/* PCI设备驱动程序进行映射 */
static int pci_probe(struct pci_dev *pdev,
                      const struct pci_device_id *ent)
{
    int err;
    struct pci_bar bar;
    void __iomem *ioaddr;
    if (pci_request_region(pdev, BAR_NUM, "my_label")) {
        printk(KERN_ERR "Unable to get PCI BAR 0\n");
        goto err;
    }
    pci_read_config_dword(pdev, PCI_BASE_ADDRESS_0, &bar.base_addr);
    pci_read_config_dword(pdev, PCI_BASE_ADDRESS_0 + 4, &bar.length);
    bar.base_addr &= PCI_BASE_ADDRESS_MEM_MASK;
    bar.length = ~(bar.length & PCI_BASE_ADDRESS_IO_MASK) + 1;
    ioaddr = ioremap(bar.base_addr, bar.length);
    // ...
    pci_release_region(pdev, BAR_NUM);
    return 0;
err:
    return err;
}

3. 总结

PCI驱动程序是非常重要的，因为它们允许Linux内核与PCI硬件设备进行通信。最常用的方法是通过MMIO的方式进行通信。使用PCI驱动程序，可以从操作系统中访问PCI的硬件资源。在Linux下，要访问PCI设备的寄存器，必须首先访问PCI配置空间。驱动程序需要使用pci_read_config_{byte, word, dword}()函数来读取配置寄存器，并使用pci_write_config_{byte, word, dword}()函数来写入配置寄存器。