Linux PCI设备初始化：从零开始

1. 什么是PCI设备初始化

PCI（Peripheral Component Interconnect）是一种计算机总线标准，用于连接计算机主机和外部设备。PCI设备初始化是指在Linux系统中对PCI设备进行配置和初始化的过程。初始化完成后，计算机主机能够正确地探测、驱动和使用PCI设备。

2. PCI设备探测

在Linux系统中，PCI设备探测是通过PCI总线枚举的方式进行的。当系统启动时，内核会扫描PCI总线，并对连接在总线上的设备进行探测。探测过程中，内核会读取设备的厂商ID、设备ID和子系统ID等信息，以确定设备的类型和特性。

其中，设备ID是设备的唯一标识符，用于区分不同类型的设备。厂商ID用于标识设备的制造商。子系统ID用于标识设备所属的子系统。

3. PCI设备驱动程序加载

根据设备的类型和特性，系统会自动加载相应的PCI设备驱动程序。PCI设备驱动程序是Linux内核的一部分，通过与设备进行交互，来完成设备的初始化和配置。

加载驱动程序后，内核会为每个设备分配一个设备结构体，用于管理设备的状态和资源。

3.1 驱动程序注册

设备驱动程序需要在初始化时向内核注册自己。注册的过程中，驱动程序会告诉内核它所能处理的设备类型和相应的操作函数。

操作函数是设备驱动程序提供的一组处理设备的函数，包括设备的初始化、读取和写入操作等。

static struct pci_driver my_driver = {
    .name = "my_pci_device",
    .id_table = my_pci_device_ids,
    .probe = my_probe,
    .remove = my_remove,
};
module_pci_driver(my_driver);

4. PCI设备资源分配

在设备初始化的过程中，会涉及到对设备资源的分配。资源包括内存地址、中断号和I/O地址等。

设备的资源分配是通过向内核发送请求消息来进行的。

request_mem_region(dev->resource[i].start, len, DRV_NAME);
ioremap(dev->resource[i].start, len);

当设备不再被使用时，需要释放已分配的资源。

iounmap(dev->resource[i].start);
release_mem_region(dev->resource[i].start, len);

5. PCI设备初始化和配置

初始化和配置是PCI设备初始化的核心部分。在初始化和配置过程中，驱动程序会根据设备的类型和特性，设置设备的工作模式、发送命令和配置寄存器等。

具体的初始化和配置过程是设备驱动程序厂商提供的文档中描述的。

pci_read_config_word(dev, PCI_COMMAND, &cmd_reg);
cmd_reg &= ~PCI_COMMAND_IO;
cmd_reg |= PCI_COMMAND_MEMORY;
pci_write_config_word(dev, PCI_COMMAND, cmd_reg);

6. PCI设备的使用

初始化和配置完成后，PCI设备可以被Linux系统正常使用。在使用设备之前，需要通过设备的设备结构体进行设备资源的访问。

设备资源的访问通常是通过设备结构体中的内存映射地址来完成的。

void __iomem *mem_addr = dev->resource[0].start;
readl(mem_addr + offset);
writel(value, mem_addr + offset);

7. 总结

本文介绍了Linux系统中PCI设备初始化的过程。从PCI设备探测、驱动程序加载、资源分配、初始化和配置以及设备的使用等方面进行了详细的说明。

PCI设备初始化是保证计算机主机能够正确使用PCI设备的关键步骤，对于理解和掌握Linux系统中PCI设备的工作原理至关重要。