<script type="text/javascript"> </script><script type="text/javascript" src="http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js"> </script>
三、 PCI驱动程序实现
1. 关键数据结构
PCI 设备上有三种地址空间： PCI 的 I/O 空间、 PCI 的存储空间和 PCI 的配置空间。 CPU 可以访问 PCI 设备上的所有地址空间，其中 I/O 空间和存储空间提供给设备驱动程序使用，而配置空间则由 Linux 内核中的 PCI 初始化代码使用。内核在启动时负责对所有 PCI 设备进行初始化，配置好所有的 PCI 设备，包括中断号以及 I/O 基址，并在文件 /proc/pci 中列出所有找到的 PCI 设备，以及这些设备的参数和属性。
Linux 驱动程序通常使用结构（ struct ）来表示一种设备，而结构体中的变量则代表某一具体设备，该变量存放了与该设备相关的所有信息。好的驱动程序都应该能驱动多个同种设备，每个设备之间用次设备号进行区分，如果采用结构数据来代表所有能由该驱动程序驱动的设备，那么就可以简单地使用数组下标来表示次设备号。
在 PCI 驱动程序中，下面几个关键数据结构起着非常核心的作用：
  • pci_driver
这个数据结构在文件 include/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( ) ：
 
struct pci_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);
};
 
  • pci_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：
 
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);
};


2. 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，从中不难体会到这几个关键模块是如何组织起来的。
 
/* 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)
{
    /* ... */
}
 
/* 设备文件操作接口 */
static struct file_operations demo_fops = {
    owner:      THIS_MODULE,   /* demo_fops 所属的设备模块 */
    read:       demo_read,    /* 读设备操作 */
    write:      demo_write,    /* 写设备操作 */
    ioctl:      demo_ioctl,    /* 控制设备操作 */
    mmap:       demo_mmap,    /* 内存重映射操作 */
    open:       demo_open,    /* 打开设备操作 */
    release:    demo_release    /* 释放设备操作 */
    /* ... */
};
 
/* 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)
{
    /* ... */
}
 
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);
 
上面这段代码给出了一个典型的 PCI 设备驱动程序的框架，是一种相对固定的模式。需要注意的是，同加载和卸载模块相关的函数或数据结构都要在前面加上 __init 、 __exit 等标志符，以使同普通函数区分开来。构造出这样一个框架之后，接下去的工作就是如何完成框架内的各个功能模块了。


3. 初始化设备模块
在 Linux 系统下，想要完成对一个 PCI 设备的初始化，需要完成以下工作：
  • 检查PCI总线是否被Linux内核支持；
  • 检查设备是否插在总线插槽上，如果在的话则保存它所占用的插槽的位置等信息。
  • 读出配置头中的信息提供给驱动程序使用。
当 Linux 内核启动并完成对所有 PCI 设备进行扫描、登录和分配资源等初始化操作的同时，会建立起系统中所有 PCI 设备的拓扑结构，此后当 PCI 驱动程序需要对设备进行初始化时，一般都会调用如下的代码：
 
static int __init demo_init_module (void)
{
    /* 检查系统是否支持 PCI 总线 */
    if (!pci_present())
        return -ENODEV;
 
    /* 注册硬件驱动程序 */
    if (!pci_register_driver(&demo_pci_driver)) {
        pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);
                return -ENODEV;
    }
 
    /* ... */
  
    return 0;
}
 
驱动程序首先调用函数 pci_present( ) 检查 PCI 总线是否已经被 Linux 内核支持，如果系统支持 PCI 总线结构，这个函数的返回值为 0 ，如果驱动程序在调用这个函数时得到了一个非 0 的返回值，那么驱动程序就必须得中止自己的任务了。在 2.4 以前的内核中，需要手工调用 pci_find_device( ) 函数来查找 PCI 设备，但在 2.4 以后更好的办法是调用 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。
 
static int __init demo_probe(struct pci_dev *pci_dev, const struct pci_device_id *pci_id)
{
    struct demo_card *card;
 
    /* 启动 PCI 设备 */
    if (pci_enable_device(pci_dev))
        return -EIO;
 
    /* 设备 DMA 标识 */
    if (pci_set_dma_mask(pci_dev, DEMO_DMA_MASK)) {
        return -ENODEV;
    }
 
    /* 在内核空间中动态申请内存 */
    if ((card = kmalloc(sizeof(struct demo_card), GFP_KERNEL)) == NULL) {
        printk(KERN_ERR "pci_demo: out of memory/n");
        return -ENOMEM;
    }
    memset(card, 0, sizeof(*card));
 
    /* 读取 PCI 配置信息 */
    card->iobase = pci_resource_start (pci_dev, 1);
    card->pci_dev = pci_dev;
    card->pci_id = pci_id->device;
    card->irq = pci_dev->irq;
    card->next = devs;
    card->magic = DEMO_CARD_MAGIC;
 
    /* 设置成总线主 DMA 模式 */   
    pci_set_master(pci_dev);
 
    /* 申请 I/O 资源 */
    request_region(card->iobase, 64, card_names[pci_id->driver_data]);
 
    return 0;
}
 
4. 打开设备模块
在这个模块里主要实现申请中断、检查读写模式以及申请对设备的控制权等。在申请控制权的时候，非阻塞方式遇忙返回，否则进程主动接受调度，进入睡眠状态，等待其它进程释放对设备的控制权。
<script type="text/javascript"> </script><script type="text/javascript" src="http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js"> </script>
 
static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    /* 申请中断，注册中断处理程序 */
    request_irq(card->irq, &demo_interrupt, SA_SHIRQ,
        card_names[pci_id->driver_data], card)) {
 
    /* 检查读写模式 */
    if(file->f_mode & FMODE_READ) {
        /* ... */
    }
    if(file->f_mode & FMODE_WRITE) {
       /* ... */
    }
   
    /* 申请对设备的控制权 */
    down(&card->open_sem);
    while(card->open_mode & file->f_mode) {
        if (file->f_flags & O_NONBLOCK) {
            /* NONBLOCK 模式，返回 -EBUSY */
            up(&card->open_sem);
            return -EBUSY;
        } else {
            /* 等待调度，获得控制权 */
            card->open_mode |= f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE);
            up(&card->open_sem);
 
            /* 设备打开计数增 1 */
            MOD_INC_USE_COUNT;
 
            /* ... */
        }
    }
}
 
5. 数据读写和控制信息模块
PCI 设备驱动程序可以通过 demo_fops 结构中的函数 demo_ioctl( ) ，向应用程序提供对硬件进行控制的接口。例如，通过它可以从 I/O 寄存器里读取一个数据，并传送到用户空间里：
 
static int demo_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    /* ... */
   
    switch(cmd) {
        case DEMO_RDATA:
            /* 从 I/O 端口读取 4 字节的数据 */
            val = inl(card->iobae + 0x10);
            
/* 将读取的数据传输到用户空间 */
            return 0;
    }
   
    /* ... */
}
 
事实上，在 demo_fops 里还可以实现诸如 demo_read( ) 、 demo_mmap( ) 等操作， Linux 内核源码中的 driver 目录里提供了许多设备驱动程序的源代码，找那里可以找到类似的例子。在对资源的访问方式上，除了有 I/O 指令以外，还有对外设 I/O 内存的访问。对这些内存的操作一方面可以通过把 I/O 内存重新映射后作为普通内存进行操作，另一方面也可以通过总线主 DMA （ Bus Master DMA ）的方式让设备把数据通过 DMA 传送到系统内存中。


6. 中断处理模块
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。
 
static void demo_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
    struct demo_card *card = (struct demo_card *)dev_id;
    u32 status;
 
    spin_lock(&card->lock);
 
    /* 识别中断 */
    status = inl(card->iobase + GLOB_STA);
    if(!(status & INT_MASK))
    {
        spin_unlock(&card->lock);
        return; /* not for us */
    }
 
    /* 告诉设备已经收到中断 */
    outl(status & INT_MASK, card->iobase + GLOB_STA);
    spin_unlock(&card->lock);
   
    /* 其它进一步的处理，如更新 DMA 缓冲区指针等 */
}


7. 释放设备模块
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，所做的事情正好与打开设备模块相反：
 
static int demo_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    /* ... */
   
    /* 释放对设备的控制权 */
    card->open_mode &= (FMODE_READ | FMODE_WRITE);
   
    /* 唤醒其它等待获取控制权的进程 */
    wake_up(&card->open_wait);
    up(&card->open_sem);
   
    /* 释放中断 */
    free_irq(card->irq, card);
   
    /* 设备打开计数增 1 */
    MOD_DEC_USE_COUNT;
   
    /* ... */ 
}


8. 卸载设备模块
卸载设备模块与初始化设备模块是相对应的，实现起来相对比较简单，主要是调用函数 pci_unregister_driver( ) 从 Linux 内核中注销设备驱动程序：
 
static void __exit demo_cleanup_module (void)
{
    pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);
}
 

四、小结
PCI 总线不仅是目前应用广泛的计算机总线标准，而且是一种兼容性最强、功能最全的计算机总线。而 Linux 作为一种新的操作系统，其发展前景是无法估量的，同时也为 PCI 总线与各种新型设备互连成为可能。由于 Linux 源码开放，因此给连接到 PCI 总线上的任何设备编写驱动程序变得相对容易。本文介绍如何编译 Linux 下的 PCI 驱动程序，针对的内核版本是 2.4 。

上一篇：《Linux下PCI设备驱动程序开发 --- linux 驱动框架（二）》
下一篇：《一个动态内存管理模块的实现》
<script type="text/javascript"> </script><script type="text/javascript" src="http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js"> </script>
# linux # 数据结构
GitHub 加速计划 / li / linux-dash
10.39 K
1.2 K
下载
A beautiful web dashboard for Linux
最近提交(Master分支：2 个月前 )
186a802e added ecosystem file for PM2 4 年前
5def40a3 Add host customization support for the NodeJS version 4 年前
Logo
GitCode 开源社区

旨在为数千万中国开发者提供一个无缝且高效的云端环境，以支持学习、使用和贡献开源项目。

更多推荐

[转载]在Windows环境下安装GNU Radio

转自：在Windows环境下安装GNURadio_恐弱智_新浪博客GNU Radio是用Python开发的，大部分开源的工程能够在Linux环境下运行良好，而Windows下却运行的很勉强，而且安装配置都很复杂。GNU Radio算是个例外了，不光提供了Windows的二进制安装，还有比较详细的说明。我是Python小白，所以折腾了好久才弄好，特意记录下来，免得以后再装还折腾。GNU Radio的

avatar GitCode 开源社区

centOS 8 使用dnf安装Docker

DNF是什么？CentOS 8使用YUM软件包管理器版本v4.0.4。现在，该版本使用DNF(已删除YUM)。DNF是软件包管理器。它会在Linux发行版上安装，执行更新并删除软件包。使用DNF安装Docker跳过具有损坏依赖性的程序包一个有效的解决方案是使您的CentOS 8系统使用以下--nobest命令安装最符合条件的版本：sudo dnf install docker...

avatar GitCode 开源社区

定时同步数据库表(mysql+linux+crontab)

sync.sh里面的参数需要改变，ip/username/password/database/tablesync.sh#!/bin/sh# Please change the IP and password of the data source db.# Then change the table name.filename=/home/nington/db/$(date +%Y-%m

avatar GitCode 开源社区