Linux2.6内核PCI驱动程序开发

青旅半醒 2022-10-02 02:47 265阅读 0赞

一，PCI相关数据结构说明

1.1struct pci\_driver

这个数据结构在文件/linux/pci.h里，这是Linux内核版本2.4之后为新型的PCI设备驱动程序所添加的，其中最主要的是用于识别设备的id\_table结构，以及用于检测设备的函数probe( )和卸载设备的函数remove( )。

structpci\_driver \{

struct list\_head node;

char \*name;

const struct pci\_device\_id \*id\_table;

int (\*probe) (struct pci\_dev \*dev,const struct pci\_device\_id \*id);

void (\*remove) (struct pci\_dev \*dev);

int (\*save\_state) (struct pci\_dev \*dev, u32 state);

int (\*suspend)(struct pci\_dev \*dev, u32 state);

int (\*resume) (struct pci\_dev \*dev);

int (\*enable\_wake) (struct pci\_dev \*dev, u32 state, int enable);

\};

为创建一个正确的struct pci\_driver 结构, 只有4个字段需要被初始化:name,id\_table,probe和remove。

其中id\_table初始化可以用到宏PCI\_DEVICE(VENDOR\_ID,DEVICE\_ID)，VENDOR\_ID和DEVICE\_ID分别为设备和厂商编号，由板卡生产厂家指定。

Static const struct pci\_device\_id mypci\[\] =

PCI\_DEVICE(VENDOR\_ID,DEVICE\_ID)

\},

\{\}

\};

1.2pci\_dev

这个数据结构也在文件include/linux/pci.h里，它详细描述了一个PCI设备几乎所有的硬件信息，包括厂商ID、设备ID、各种资源等。可以根据需要使用其中的数据成员。

struct pci\_dev \{

struct list\_head global\_list;

struct list\_head bus\_list;

struct pci\_bus \*bus;

struct pci\_bus \*subordinate;

void \*sysdata;

struct proc\_dir\_entry \*procent;

unsigned int devfn;

unsigned short vendor;

unsigned short device;

unsigned short subsystem\_vendor;

unsigned short subsystem\_device;

unsigned int class;

u8 hdr\_type;

u8 rom\_base\_reg;

struct pci\_driver \*driver;

void \*driver\_data;

u64 dma\_mask;

u32 current\_state;

unsigned short vendor\_compatible\[DEVICE\_COUNT\_COMPATIBLE\];

unsigned short device\_compatible\[DEVICE\_COUNT\_COMPATIBLE\];

unsigned int irq;

struct resource resource\[DEVICE\_COUNT\_RESOURCE\];

struct resource dma\_resource\[DEVICE\_COUNT\_DMA\];

struct resource irq\_resource\[DEVICE\_COUNT\_IRQ\];

char name\[80\];

char slot\_name\[8\];

int active;

int ro;

unsigned short regs;

int (\*prepare)(struct pci\_dev \*dev);

int (\*activate)(struct pci\_dev \*dev);

int (\*deactivate)(struct pci\_dev \*dev);

\};

二，PCI驱动基本框架

在用模块方式实现PCI设备驱动程序时，通常至少要实现以下几个部分：初始化设备模块、设备打开模块、数据读写和控制模块、中断处理模块、设备释放模块、设备卸载模块。下面给出一个典型的PCI设备驱动程序的基本框架。

/\* 指明该驱动程序适用于哪一些PCI设备 \*/

static struct pci\_device\_id demo\_pci\_tbl \[\]\_\_initdata = \{

\{PCI\_VENDOR\_ID\_DEMO, PCI\_DEVICE\_ID\_DEMO,

PCI\_ANY\_ID, PCI\_ANY\_ID, 0, 0, DEMO\},

\{0,\}

\};

/\* 对特定PCI设备进行描述的数据结构 \*/

struct demo\_card \{

unsigned int magic;

/\* 使用链表保存所有同类的PCI设备 \*/

struct demo\_card \*next;

/\* ... \*/

/\* 中断处理模块 \*/

static void demo\_interrupt(int irq, void\*dev\_id, struct pt\_regs \*regs)

/\* ... \*/

/\* 设备模块信息 \*/

static struct pci\_driver demo\_pci\_driver =\{

name: demo\_MODULE\_NAME, /\* 设备模块名称 \*/

id\_table: demo\_pci\_tbl, /\* 能够驱动的设备列表 \*/

probe: demo\_probe, /\* 查找并初始化设备 \*/

remove: demo\_remove /\* 卸载设备模块 \*/

/\* ... \*/

\};

static int \_\_init demo\_init\_module (void)

pci\_register\_driver(&demo\_pci\_driver);

static void \_\_exit demo\_cleanup\_module(void)

pci\_unregister\_driver(&demo\_pci\_driver);

/\* 加载驱动程序模块入口 \*/

module\_init(demo\_init\_module);

/\* 卸载驱动程序模块入口 \*/

module\_exit(demo\_cleanup\_module);

三，PCI设备操作实现

3.1设备初始化

在demo\_init\_module 中，用pci\_register\_driver( )函数来注册PCI设备的驱动程序，此时需要提供一个pci\_driver结构，在该结构中给出的probe探测例程将负责完成对硬件的检测工作。

在probe函数中，需要实现以下几个功能：

（1）使能PCI

在 PCI 驱动的探测函数中, 在驱动可存取 PCI 设备的任何设备资源(I/O 区或者中断)之前, 驱动必须调用pci\_enable\_device 函数:

int pci\_enable\_device(struct pci\_dev \*dev);

这个函数实际上使能设备. 它唤醒设备以及在某些情况下也分配它的中断线和 I/O 区. 例如, 这发生在 CardBus 设备上(它在驱动层次上已经完全和PCI 等同了).

(2)请求PCI资源

在初始化中很重要的一个操作就是让系统为PCI分配资源，如I/O端口等。

pci\_resource\_regions(struct pci\_dev \*dev, char \* name);

(3)存取配置空间

因为微处理器无法直接存取配置空间, 计算机供应商不得不提供一个方法来完成它. 为存取配置空间, CPU 必须写和读 PCI 控制器中的寄存器, 但是确切的实现是依赖于供应商的, 并且和这个讨论无关, 因为 Linux提供了一个标准接口来存取配置空间.

对于驱动, 配置空间可通过8-位, 16-位, 或者 32-位数据传输来存取. 相关的函数原型定义于 <linux/pci.h>:

int pci\_read\_config\_byte(struct pci\_dev\*dev, int where, u8 \*val);

int pci\_read\_config\_word(struct pci\_dev\*dev, int where, u16 \*val);

int pci\_read\_config\_dword(struct pci\_dev\*dev, int where, u32 \*val);

从由 dev 所标识出的设备的配置空间读1 个, 2 个或者 4 个字节. where 参数是从配置空间开始的字节偏移. 从配置空间取得的值通过val 指针返回, 并且这个函数的返回值是一个错误码. word 和 dword 函数转换刚刚读的值从小端到处理器的本地字节序, 因此你不必处理字节序.

int pci\_write\_config\_byte(struct pci\_dev\*dev, int where, u8 val);

int pci\_write\_config\_word(struct pci\_dev\*dev, int where, u16 val);

int pci\_write\_config\_dword(struct pci\_dev\*dev, int where, u32 val);

（4）映射 I/O 和内存空间

每个PCI可以有1-6个I/O或者内存空间，并且每块空间都有一个BAR寄存器与其空间首地址想对应。BAR0-6寄存器的最后一位为只读，为1则说明该空间为I/O，否则为MEM。

下面以BAR0为例介绍如何映射空间到虚拟内存，以便用户访问。

LocalAddr0 =pci\_resource\_start(dev,0);

//得到BAR0区域的开始地址

Map0 = (unsignedchar \*)ioremap(LocalAddr0, pci\_resource\_len(dev,0));

//将BAR0区域影射到内存虚拟地址

如果ioremap函数出现问题，可以尝试ioport\_map和pci\_iomap。这样以后就可以针对Map0进行读写，而忽略具体硬件是I/O或是MEM的细节。

（5）注册中断

int request\_irq( unsigned int irq,

irqreturn\_t (\*handler)(int,void \*, struct pt\_regs \*),

unsigned long flags,

const char \*dev\_name,

void \*dev\_id);

从 request\_irq 返回给请求函数的返回值或者是 0 指示成功, 或者是一个负的错误码, 如同平常. 函数返回 \-EBUSY 来指示另一个驱动已经使用请求的中断线是不寻常的.

3.2数据读写

使用在初始化过程中影射后的虚拟内存地址（Map0）进行读写，并转换到用户空间，最后传给应用程序。可以使用以下读写函数：

unsigned int ioread8(void \*addr);

unsigned int ioread16(void \*addr);

unsigned int ioread32(void \*addr);

这里, addr 应当是从 ioremap 获得的地址(也许与一个整型偏移); 返回值是从给定 I/O 内存读取的.有类似的一系列函数来写 I/O 内存:

void iowrite8(u8 value, void \*addr);

void iowrite16(u16 value, void \*addr);

void iowrite32(u32 value, void \*addr);

你可以使用这些函数的重复版本，

void ioread8\_rep(void \*addr, void \*buf,unsigned long count);

void ioread16\_rep(void \*addr, void \*buf,unsigned long count);

void ioread32\_rep(void \*addr, void \*buf,unsigned long count);

void iowrite8\_rep(void \*addr, const void\*buf, unsigned long count);

void iowrite16\_rep(void \*addr, const void\*buf, unsigned long count);

void iowrite32\_rep(void \*addr, const void\*buf, unsigned long count);

这些函数读或写从给定的buf 到给定的 addr共count 次.

需要操作一块 I/O 地址, 你可使用下列之一:

void memset\_io(void \*addr, u8 value,unsigned int count);

void memcpy\_fromio(void \*dest, void\*source, unsigned int count);

void memcpy\_toio(void \*dest, void \*source,unsigned int count);

3.3中断处理

PC的中断资源比较有限，只有0~15的中断号，因此大部分外部设备都是以共享的形式申请中断号的。当中断发生的时候，中断处理程序首先负责对中断进行识别，然后再做进一步的处理。

irqreturn\_tshort\_interrupt(int irq, void \*dev, struct pt\_regs \*regs);

在该函数中实现中断服务，每次硬件检测到中断，都会调用该函数。

3.4释放设备

释放设备模块主要负责释放对设备的控制权，释放占用的内存和中断等，所做的事情正好与设备初始化相反。

在demo\_cleanup\_module中卸载PCI驱动：

pci\_unregister\_driver()

在pci\_driver的remove中释放所请求的资源：

iounmap(Map0);

free\_irq(int irq,pci\_dev \*dev)

pci\_release\_regions(pci\_dev \*dev)

3.5Makefile文件的编写

PWD= $(shell pwd)

KERNEL\_SRC=/usr/src/linux

obj-m:=mypci.o

module\_objs :=mypci.o

all:

$(MAKE) –C $( KERNEL\_SRC) M=$(PWD)modules

clean:

rm \*.ro

rm \*.o

转载于:https://blog.51cto.com/6386296/1248887

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