--- title: 第 11 章 PCI设备 prev: books/arch-handbook/isa next: books/arch-handbook/scsi showBookMenu: true weight: 13 params: path: "/books/arch-handbook/pci/" --- [[pci]] = PCI设备 :doctype: book :toc: macro :toclevels: 1 :icons: font :sectnums: :sectnumlevels: 6 :sectnumoffset: 11 :partnums: :source-highlighter: rouge :experimental: :images-path: books/arch-handbook/ ifdef::env-beastie[] ifdef::backend-html5[] :imagesdir: ../../../../images/{images-path} endif::[] ifndef::book[] include::shared/authors.adoc[] include::shared/mirrors.adoc[] include::shared/releases.adoc[] include::shared/attributes/attributes-{{% lang %}}.adoc[] include::shared/{{% lang %}}/teams.adoc[] include::shared/{{% lang %}}/mailing-lists.adoc[] include::shared/{{% lang %}}/urls.adoc[] toc::[] endif::[] ifdef::backend-pdf,backend-epub3[] include::../../../../../shared/asciidoctor.adoc[] endif::[] endif::[] ifndef::env-beastie[] toc::[] include::../../../../../shared/asciidoctor.adoc[] endif::[] 本章将讨论FreeBSD为了给PCI总线上的设备编写驱动程序而提供的机制。 [[pci-probe]] == 探测与连接 这儿的信息是关于PCI总线代码如何迭代通过未连接的设备，并查看新 加载的kld是否会连接其中一个。 === 示例驱动程序源代码([.filename]#mypci.c#) [.programlisting] .... /* * 与PCI函数进行交互的简单KLD * * Murray Stokely */ #include sys/param.h /* kernel.h中使用的定义 */ #include sys/module.h #include sys/systm.h #include sys/errno.h #include sys/kernel.h /* 模块初始化中使用的类型 */ #include sys/conf.h /* cdevsw结构 */ #include sys/uio.h /* uio结构 */ #include sys/malloc.h #include sys/bus.h /* pci总线用到的结构、原型 */ #include machine/bus.h #include sys/rman.h #include machine/resource.h #include dev/pci/pcivar.h /* 为了使用get_pci宏! */ #include dev/pci/pcireg.h /* softc保存我们每个实例的数据。 */ struct mypci_softc { device_t my_dev; struct cdev *my_cdev; }; /* 函数原型 */ static d_open_t mypci_open; static d_close_t mypci_close; static d_read_t mypci_read; static d_write_t mypci_write; /* 字符设备入口点 */ static struct cdevsw mypci_cdevsw = { .d_version = D_VERSION, .d_open = mypci_open, .d_close = mypci_close, .d_read = mypci_read, .d_write = mypci_write, .d_name = "mypci", }; /* * 在cdevsw例程中，我们通过结构体cdev中的成员si_drv1找出我们的softc。 * 当我们建立/dev项时，在我们的已附着的例程中， * 我们设置这个变量指向我们的softc。 */ int mypci_open(struct cdev *dev, int oflags, int devtype, struct thread *td) { struct mypci_softc *sc; /* Look up our softc. */ sc = dev-si_drv1; device_printf(sc-my_dev, "Opened successfully.\n"); return (0); } int mypci_close(struct cdev *dev, int fflag, int devtype, struct thread *td) { struct mypci_softc *sc; /* Look up our softc. */ sc = dev-si_drv1; device_printf(sc-my_dev, "Closed.\n"); return (0); } int mypci_read(struct cdev *dev, struct uio *uio, int ioflag) { struct mypci_softc *sc; /* Look up our softc. */ sc = dev-si_drv1; device_printf(sc-my_dev, "Asked to read %d bytes.\n", uio-uio_resid); return (0); } int mypci_write(struct cdev *dev, struct uio *uio, int ioflag) { struct mypci_softc *sc; /* Look up our softc. */ sc = dev-si_drv1; device_printf(sc-my_dev, "Asked to write %d bytes.\n", uio-uio_resid); return (0); } /* PCI支持函数 */ /* * 将某个设置的标识与这个驱动程序支持的标识相比较。 * 如果相符，设置描述字符并返回成功。 */ static int mypci_probe(device_t dev) { device_printf(dev, "MyPCI Probe\nVendor ID : 0x%x\nDevice ID : 0x%x\n", pci_get_vendor(dev), pci_get_device(dev)); if (pci_get_vendor(dev) == 0x11c1) { printf("We've got the Winmodem, probe successful!\n"); device_set_desc(dev, "WinModem"); return (BUS_PROBE_DEFAULT); } return (ENXIO); } /* 只有当探测成功时才调用连接函数 */ static int mypci_attach(device_t dev) { struct mypci_softc *sc; printf("MyPCI Attach for : deviceID : 0x%x\n", pci_get_devid(dev)); /* Look up our softc and initialize its fields. */ sc = device_get_softc(dev); sc-my_dev = dev; /* * Create a /dev entry for this device. The kernel will assign us * a major number automatically. We use the unit number of this * device as the minor number and name the character device * "mypciunit". */ sc-my_cdev = make_dev(mypci_cdevsw, device_get_unit(dev), UID_ROOT, GID_WHEEL, 0600, "mypci%u", device_get_unit(dev)); sc-my_cdev-si_drv1 = sc; printf("Mypci device loaded.\n"); return (0); } /* 分离设备。 */ static int mypci_detach(device_t dev) { struct mypci_softc *sc; /* Teardown the state in our softc created in our attach routine. */ sc = device_get_softc(dev); destroy_dev(sc-my_cdev); printf("Mypci detach!\n"); return (0); } /* 系统关闭期间在sync之后调用。 */ static int mypci_shutdown(device_t dev) { printf("Mypci shutdown!\n"); return (0); } /* * 设备挂起例程。 */ static int mypci_suspend(device_t dev) { printf("Mypci suspend!\n"); return (0); } /* * 设备恢复（重新开始）例程。 */ static int mypci_resume(device_t dev) { printf("Mypci resume!\n"); return (0); } static device_method_t mypci_methods[] = { /* 设备接口 */ DEVMETHOD(device_probe, mypci_probe), DEVMETHOD(device_attach, mypci_attach), DEVMETHOD(device_detach, mypci_detach), DEVMETHOD(device_shutdown, mypci_shutdown), DEVMETHOD(device_suspend, mypci_suspend), DEVMETHOD(device_resume, mypci_resume), { 0, 0 } }; static devclass_t mypci_devclass; DEFINE_CLASS_0(mypci, mypci_driver, mypci_methods, sizeof(struct mypci_softc)); DRIVER_MODULE(mypci, pci, mypci_driver, mypci_devclass, 0, 0); .... === 示例驱动程序的[.filename]##Makefile## [.programlisting] .... # 驱动程序mypci的Makefile KMOD= mypci SRCS= mypci.c SRCS+= device_if.h bus_if.h pci_if.h .include bsd.kmod.mk .... 如果你将上面的源文件和 [.filename]##Makefile##放入一个目录，你可以运行 ``make``编译示例驱动程序。 还有，你可以运行``make load`` 将驱动程序装载到当前正在运行的内核中，而``make unload``可在装载后卸载驱动程序。 === 更多资源 * http://www.pcisig.org/[PCI Special Interest Group] * PCI System Architecture, Fourth Edition by Tom Shanley, et al. [[pci-bus]] == 总线资源 FreeBSD为从父总线请求资源提供了一种面向对象的机制。几乎所有设备 都是某种类型的总线（PCI, ISA, USB, SCSI等等）的孩子成员，并且这些设备 需要从他们的父总线获取资源（例如内存段, 中断线, 或者DMA通道）。 === 基地址寄存器 为了对PCI设备做些有用的事情，你需要从PCI配置空间获取 _Base Address Registers_ (BARs)。获取BAR时的 PCI特定的细节被抽象在函数``bus_alloc_resource()``中。 例如，一个典型的驱动程序可能在``attach()`` 函数中有些类似下面的东西： [.programlisting] .... sc-bar0id = PCIR_BAR(0); sc-bar0res = bus_alloc_resource(dev, SYS_RES_MEMORY, sc-bar0id, 0, ~0, 1, RF_ACTIVE); if (sc-bar0res == NULL) { printf("Memory allocation of PCI base register 0 failed!\n"); error = ENXIO; goto fail1; } sc-bar1id = PCIR_BAR(1); sc-bar1res = bus_alloc_resource(dev, SYS_RES_MEMORY, sc-bar1id, 0, ~0, 1, RF_ACTIVE); if (sc-bar1res == NULL) { printf("Memory allocation of PCI base register 1 failed!\n"); error = ENXIO; goto fail2; } sc-bar0_bt = rman_get_bustag(sc-bar0res); sc-bar0_bh = rman_get_bushandle(sc-bar0res); sc-bar1_bt = rman_get_bustag(sc-bar1res); sc-bar1_bh = rman_get_bushandle(sc-bar1res); .... 每个基址寄存器的句柄被保存在``softc`` 结构中，以便以后可以使用它们向设备写入。 然后就能使用这些句柄与``bus_space_*``函数一起 读写设备寄存器。例如，驱动程序可能包含如下的快捷函数，用来读取板子 特定的寄存器： [.programlisting] .... uint16_t board_read(struct ni_softc *sc, uint16_t address) { return bus_space_read_2(sc-bar1_bt, sc-bar1_bh, address); } .... 类似的，可以用下面的函数写寄存器： [.programlisting] .... void board_write(struct ni_softc *sc, uint16_t address, uint16_t value) { bus_space_write_2(sc-bar1_bt, sc-bar1_bh, address, value); } .... 这些函数以8位，16位和32位的版本存在，你应当相应地使用 ``bus_space_{read|write}_{1|2|4}``。 [NOTE] ==== 在 FreeBSD 7.0 和更高版本中， 可以用 `bus_*` 函数来代替 `bus_space_*`。 `bus_*` 函数使用的参数是 [type]#struct resource *# 指针， 而不是 bus tag 和句柄。 这样， 您就可以将 `softc` 中的 bus tag 和 bus 句柄这两个成员变量去掉， 并将 `board_read()` 函数改写为： [.programlisting] .... uint16_t board_read(struct ni_softc *sc, uint16_t address) { return (bus_read(sc-bar1res, address)); } .... ==== === 中断 中断按照和分配内存资源相似的方式从面向对象的总线代码分配。首先， 必须从父总线分配IRQ资源，然后必须设置中断处理函数来处理这个IRQ。 再一次，来自设备``attach()``函数的例子比文字 更具说明性。 [.programlisting] .... /* 取得IRQ资源 */ sc-irqid = 0x0; sc-irqres = bus_alloc_resource(dev, SYS_RES_IRQ, (sc-irqid), 0, ~0, 1, RF_SHAREABLE | RF_ACTIVE); if (sc-irqres == NULL) { printf("IRQ allocation failed!\n"); error = ENXIO; goto fail3; } /* 现在我们应当设置中断处理函数 */ error = bus_setup_intr(dev, sc-irqres, INTR_TYPE_MISC, my_handler, sc, (sc-handler)); if (error) { printf("Couldn't set up irq\n"); goto fail4; } .... 在设备的分离例程中必须注意一些问题。你必须停顿设备的中断流， 并移除中断处理函数。一旦``bus_teardown_intr()`` 返回，你知道你的中断处理函数不会再被调用，并且所有可能已经执行了 这个中断处理函数的线程都已经返回。由于此函数可以睡眠，调用此函数时 你必须不能拥有任何互斥体。 === DMA 本节已废弃，只是由于历史原因而给出。处理这些问题的适当方法是 使用``bus_space_dma*()``函数。当更新这一节以反映 那样用法时，这段就可能被去掉。然而，目前API还不断有些变动，因此一旦 它们固定下来后，更新这一节来反映那些改动就很好了。 在PC上，想进行总线主控DMA的外围设备必须处理物理地址，由于 FreeBSD使用虚拟内存并且只处理虚地址，这仍是个问题。幸运的是，有个 函数，``vtophys()``可以帮助我们。 [.programlisting] .... #include vm/vm.h #include vm/pmap.h #define vtophys(virtual_address) (...) .... 然而这个解决办法在alpha上有点不一样，并且我们真正想要的是一个 称为``vtobus()``的函数。 [.programlisting] .... #if defined(__alpha__) #define vtobus(va) alpha_XXX_dmamap((vm_offset_t)va) #else #define vtobus(va) vtophys(va) #endif .... === 取消分配资源 取消``attach()``期间分配的所有资源非常重要。 必须小心谨慎，即使在失败的条件下也要保证取消分配那些正确的东西， 这样当你的驱动程序去掉后系统仍然可以使用。