1.V4L2-PCI驱动程序样例分析
2.Linux下PCI设备驱动开发详解（六）
3.PCI-PCIe设备驱动编写方法论
4.Linux内核：Pci设备驱动——设备枚举
5.Linux os 下PCIe字符设备驱动开发记录
6.PCI设备驱动编写（一）

V4L2-PCI驱动程序样例分析

       一、内核简介

       本文解析基于Linux内核的内核PCI驱动模板v4l2-pci-skeleton.c，位于linux/samples/v4l目录下。内核通过分析该驱动，内核读者将了解PCI驱动整体结构与V4L2视频捕获驱动的内核开发流程。

       二、内核区块兽源码驱动头文件与基础数据结构

       驱动程序包含了关键头文件，内核对模块进行了基本功能、内核作者与许可证的内核描述。接着，内核定义了struct skeleton结构体，内核用于封装数据结构、内核锁及过程参数等。内核

       同时，内核定义了一个buffer链表，内核用于管理视频数据传输。

       三、PCI驱动框架结构

       V4L2-pci驱动采用PCI驱动框架实现，通过创建struct pci_driver实例skeleton_driver，并指定其入口函数.probe和.remove，完成驱动封装。

       最后，使用module_pci_driver()函数将skeleton_driver导出为模块。

       四、.probe详解

       .probe作为驱动入口函数，核心操作包括：初始化探查所需结构、启用PCI设备、配置DMA、创建驱动实例、分配中断、设置格式初始化、注册v4l2设备、初始化互斥锁、添加控制器、配置vb2参数与队列、初始化buf链表与自旋锁、注册video_device。

       五、.remove详解

       .remove作为驱动出口，执行资源释放与清理操作，具体流程包括：反注册设备、mnn源码分析释放分配资源、关闭相关配置。

       此框架与流程为V4L2-pci驱动提供了高效、灵活的开发基础。

Linux下PCI设备驱动开发详解（六）

       本章及其后续章节将深入探讨通过PCI Express总线实现CPU与FPGA之间数据通信的简单框架，并介绍Linux PCI内核态设备驱动（KMD）的实战开发。

       该框架以开源界知名的RIFFA（可重用集成框架，用于FPGA加速器）为基础，这是一个针对FPGA加速器的可重用集成框架，同时也是一款第三方开源的PCIe框架。

       该框架需要使用支持PCIe的工作站以及带有PCIe连接器的FPGA板卡。RIFFA支持Windows、Linux操作系统，以及altera和xilinx的FPGA，可以通过c/c++、python、matlab、java等编程语言实现数据的发送和接收。驱动程序可在Linux或Windows系统上运行，每个系统最多支持5个FPGA设备。

       在用户端，存在独立的发送和接收端口，用户只需编写少量代码即可实现与FPGA IP内核的通信。

       RIFFA使用直接存储器访问（DMA）传输和中断信号传输数据，从而在PCIe链路上实现高带宽，运行速率可达到PCIe链路的饱和点。

       开源地址：github.com/KastnerRG/ri...

       一、Linux下PCI驱动结构

       在《Linux下PCI设备驱动开发详解（四）》中，我们了解到，通常用模块方式编写PCI设备驱动，至少需要实现以下几个部分：初始化设备模块、设备打开模块、数据读写模块、中断处理模块、设备释放模块、设备卸载模块。通常的编写方式如下：

       好的，带着这个框架，我们将进入RIFFA框架的driver源代码分析。

       二、源码的重要初始化设备模块

       我们直接给出源代码：

       OK，我们已经看到了几个关键词，驱动程序、字符设备、class、文件节点。在《Linux下PCI设备驱动开发详解（三）》中，我们知道总线、设备、驱动模型：

       硬件拓扑描述Linux设备模型中四个重要概念：

       三、probe探测硬件设备

       这个fpga_probe函数非常重要和关键：

       四、写操作

       基本的读写操作通过ioctl来调用对应的driver驱动的实现。我们补充一下，ioctl是设备驱动程序中设备控制接口函数，一个字符设备驱动通常会实现设备打开、关闭、读、写等功能，在一些需要细分的情境下，如果需要扩展新的功能，通常以增设ioctl()命令的方式实现。

       直接给出代码：

       在处理ioctl_send的时候，我们发现实现用户数据拷贝到内核态之后，调用了chnl_send_wrapcheck，将api层打包过来的参数一一传递过去。

       直接给出chnl_send_wrapcheck()：

       这段代码主要做了一些避免错误的判断，值得一提的就是通过自旋锁避免了多线程错误的判断，其实我们可以知道riffa架构支持多线程，之后调用了chnl_send。

       将数据写入指定的FPGA通道。除非配置了非零超时，否则将阻塞，直到所有数据都发送到FPGA。如果超时不为零，则该函数将阻塞，直到发送所有数据或超时毫秒过去。来自bufp指针的用户数据将被发送，最多len字（每个字==位）。通道将被告知预期数据量和偏移量。如果last==1，缺口函数源码则FPGA通道将在发送后将此事务识别为完成。如果last==0，则FPGA通道将需要额外的事务。

       成功后，返回发送的字数。出错时，返回负值。

       核心思想就是，初始化sg_maps，通过bar空间告知FPGA通道号、长度、大小等信息、使用通用buffer发送数据、更新sg_mapping，最后进入到while(1)的循环函数中。

       while(1)大循环，只有当处理完Tx数据完成中断或出错时函数才会返回。在每一轮执行中，首先执行内嵌的小while，在小while中首先读取对应通道上的send消息队列，若返回值为0说明成功出队，小while运行一遍后就会执行下面的代码；若返回值为1说明队列可能是空的，也就是还没有中断到来，此时调用prepare_to_wait函数将本进程添加到等待队列里，然后执行schedule_timeout休眠该进程（有阻塞时间限制），此时在用户看来表现为ioctl函数阻塞等待，但中断还能在后台运行（中断也是一个进程）。

       若此时驱动接收到一个该通道的Tx中断，那么在中断回调函数里将中断信息推入消息队列后就会唤醒chnl_send所在的进程。进程唤醒后调用finish_wait函数将本进程pop出等待队列并用signal_pending查看是否因信号而被唤醒，如果是需要返回给用户并让其再次重试。如果不是被信号唤醒，则再去读一下消息队列，此时会将消息类型存入msg_type，消息存入msg中，然后退出小while。

       接下来进入一个switch语句，这个switch是根据msg_type消息类型选择处理动作的，即中断处理的下半部。

       若执行Tx SG读完成中断，隐藏溯源码则消息类型发送EVENT_SG_BUF_READ，数据填0，其实是没用的数据。在这里如果剩余长度大于0或者剩余溢出值大于0时就会重新执行上一段讲述的过程，即从上一次分配的结尾处再分配SG缓冲区，并发送SG链表给FPGA等等，不过一般不会发送这种情况，除非分配页时的get_user_pages函数锁定物理页出现了问题，少分了页才会出现这样的现象。

       然后FPGA就会按SG链表一个一个SG缓存块的进行流式DMA传输，传输完毕后FPGA发送一个Tx数据读完成中断，即EVENT_TXN_DONE消息类型。这里比较好处理，调用dma_unmap_sg取消内存空间的SGDMA映射，然后释放掉页。

       五、读操作

       读操作和写操作类似，不再详细描述。

       函数chnl_recv用于将FPGA发送的数据读到缓冲区内。

       首先调用宏DEFINE_WAIT初始化等待队列项；然后把传入的参数timeout换算成毫秒，这个时间是最长阻塞时间。

       剩下的就是中断处理过程，等待读完成。

       六、销毁/卸载设备

       释放设备模块主要是负责释放对设备的控制权，释放占用的内存和中断等，所做的事情正好和打开设备模块相反。

       本文详细介绍了RIFFA框架的驱动模块，涉及的内容非常多，包括内核页面、中断处理等。

       一个驱动的框架主要包括：初始化设备模块、设备打开模块、数据读写模块、中断处理模块、设备释放模块、设备卸载模块。

       七、未完待续

       《Linux下PCI设备驱动开发详解（七）》将详细分析RIFFA的环形通信队列，最大的好处就是不需要对后续的队列内容进行搬移，可以后续由入队（写入）覆盖。

       八、参考资料

       blog.csdn.net/mcupro/...

       zhuanlan.zhihu.com/p/...

PCI-PCIe设备驱动编写方法论

       在进行PCI或PCIe设备驱动编写时，首先需要明确硬件拓扑结构。PCI/PCIe是设备互联的规范，属于总线规范。编写驱动通常涉及两大部分：一是PCI/PCIe接口芯片本身的驱动，二是针对字符设备、块设备、网络设备的驱动。

       在Linux操作系统下，PCI/PCIe接口芯片的驱动框架由内核实现，开发者主要需要确定VID/DID/bar的使用情况、中断与DMA的启用等。针对字符设备、块设备、网络设备的驱动，则需根据具体芯片手册，明确时钟、复位、中断、读写操作及涉及的寄存器。

       在Linux中，PCI设备驱动程序从总线0开始搜索整个PCI系统，记录所有PCI设备和桥接器，并建立描述系统拓扑层次的数据结构链表。PCI BIOS提供在bios-pci-bios描述中的服务。PCI Fixup是针对特定系统相关的初始化修补代码。

       PCI有三种地址空间：I/O空间、内存空间和配置空间。I/O空间和内存空间由设备驱动程序使用，配置空间则由Linux内核的PCI初始化代码使用，用于配置PCI设备，如中断号和I/O或内存基地址。

       简而言之，Linux内核的主要任务是枚举和配置PCI设备，通常在内核初始化阶段完成。通过BIOS或内核自身实现对PCI设备的初始化，根据PCI access mode选项提供选择。在枚举和配置过程中，PCI配置寄存器组提供设备配置信息，用于进一步解释和处理。

       PCI配置空间头部包含设备类型、性质等信息，用于检测PCI总线上的设备。头部类型分为标准的字节头部和3种类型，用于识别设备。配置寄存器通过统一的入口点访问，由PCI桥提供具体读写操作。对于地址访问，Linux内核保留了特定地址空间，如i结构处理器的0xCF8~0xCFF，用于配置寄存器组的访问。

       PCI设备驱动编写时，需要确定是内存访问还是I/O访问，然后按照设备手册实现相应的逻辑。

Linux内核：Pci设备驱动——设备枚举

       Linux文件系统详解

       Linux进程管理---实时调度

       Linux内核内存管理-缺页异常

       Linux内核内存管理-brk系统调用

       PCI设备驱动简介：PCI设备驱动遵循设备驱动模型，使用设备模型的相应函数。PCI设备被挂载到PCI总线的device队列，而对应的驱动则挂载到pci总线的driver队列。安装PCI设备驱动与USB设备驱动模式相似，主要复杂之处在于如何发现设备并将其添加到PCI设备队列中。

       PIC架构概貌：所有根总线链接在pci_root_buses链表中，pci_bus与device之间建立连接，pci_bus与它的下层总线通过children链表关联。每个pci设备的pci_dev->bus指向所属的pci_bus，而pci_dev->bus_list则链接在它所属bus的device链表上。所有pci设备链接在pci_device链表中。

       PIC设备的配置空间：每个PCI设备有最多个连续配置空间，包含厂商ID、设备ID、IRQ、设备存储区信息等。通过动态查询PCI设备信息的PCI总线功能，我们可以在x平台上使用保留的0xCF8~0xCFF的8个寄存器进行读写操作。格式包括总线号、设备号、功能号、寄存器号以及有效位。

       总线枚举入口分析：PCI代码分为平台相关与平台无关两部分，PCI设备的枚举由pcibios_scan_root()函数完成。在x平台下，这个过程通常在pci_legacy_init()函数中被调用。通过分析pci_direct_init()函数，我们了解到PCI设备的枚举过程主要依赖于pci_direct_probe()函数的返回值，即使用type1配置机制。

       PCI设备的枚举过程：pcibios_scan_root()从根总线开始枚举设备，通过pci_scan_bus_parented()函数进一步扫描子总线，最终通过pci_scan_slot()函数扫描每个设备的所有功能号对应的设备。对于每个设备，pci_scan_single_device()函数检查其是否存在，并将设备添加到所属总线的devices链表上。

       PCI设备信息的读取与处理：对于常规设备，读取6个存储区间和一个ROM；PCI桥设备包含2个存储区间和一个ROM；Cardbus设备则只有一个存储区间但没有ROM。设备IRQ号、内部存储区间等信息的确定与处理涉及具体寄存器的读取与解析。

       PCI桥的处理：在枚举PCI桥时，除了常规设备配置字段，还需处理过滤窗口配置，以控制地址访问方向和启用内存访问、I/O访问功能。PCI桥提供三个过滤窗口，分别用于控制地址访问方向。读取PCI桥配置信息的pci_read_bridge_bases()函数负责完成这一任务。

       总结：Linux的PCI架构采用深度优先遍历算法进行设备枚举。通过这一章的分析，读者应能理解PCI架构并解决设备枚举过程中的疑问。后续章节将深入分析其他PCI架构相关问题。

Linux os 下PCIe字符设备驱动开发记录

       Linux操作系统下的PCI/PCIe字符设备驱动开发涉及一系列基本概念和流程。首先，PCI/PCIe是一种连接主板与外部设备的总线标准，由电路接口和编程接口构成，其设备配置寄存器遵循严格的规范。操作系统通过枚举设备树发现即插即用设备，无论是PCI还是PCIe，它们都包含配置空间，但PCI是并行，配置空间为B，而PCIe则是串行，配置空间扩大至4K，且支持IO、内存空间的分离。

       在系统启动阶段，firmware或Linux内核会枚举PCI（或PCIe）设备，分配安全的IO和存储空间。成功枚举后，我们可以通过lspci工具查看设备信息，以确定设备类型，如本文中涉及的自研串口设备，属于字符设备。PCIe设备配置空间利用前B，如图所示，部分硬件连接部分未使用。

       Linux kernel中的PCIe驱动架构基于字符设备驱动模型，关键的配置空间如command寄存器和BAR地址寄存器分别控制设备的I/O访问、内存访问和中断。BAR地址映射PCIe设备的内部空间，CPU通过访问BAR来读取设备空间，前提是在配置空间区域。

       驱动的编译和加载是开发流程的重要环节，根据开发条件选择合适的编译方式，如make load和make install。通过查看syslog或dmesg日志，确认驱动是否成功加载，同时可以检查/proc/iomem来观察系统RAM中PCIe设备的空间分配。在用户空间调试阶段，我们会编写内存读写工具，验证驱动的正确性和适用性，进行初步的逻辑测试。

PCI设备驱动编写（一）

       编写PCIe驱动程序的关键步骤主要围绕模仿、匹配、启用设备、配置空间访问以及驱动程序的注册和注销。

       模仿是开始编写PCIe驱动的基础。通过下载Linux内核源码，找到相关PCIe驱动作为模板，你可以学习到如何构建自己的驱动。

       在匹配PCI设备时，需了解厂商ID、子厂商ID、设备ID和子设备ID。这些ID能确保驱动与特定PCI设备正确匹配。在Linux中，使用设备树查找并加载适当的驱动程序，确保PCI设备被操作系统识别并使用。

       启用设备的步骤在驱动程序的probe函数中完成。调用pci_enable_device函数唤醒设备，并分配中断线和I/O区域，确保设备在驱动程序中被正确启用，以便后续访问资源。

       访问配置空间对驱动程序至关重要。配置空间是设备在系统中的映射位置，驱动程序通过读写配置空间来获取设备的详细信息。配置空间的访问方式依赖于CPU与PCI控制器的交互，Linux提供标准接口供驱动程序使用。

       配置空间通过8位、位或位数据传输进行访问。Linux定义了相关函数原型，提供访问PCI设备配置空间的接口，驱动程序借此找到设备映射位置，与设备通信和控制。

       在完成驱动程序的开发后，需要进行注册和注销。注册时，需将驱动程序添加到系统中；注销时，需从系统中移除驱动程序，确保资源的释放和系统的稳定性。

       总结而言，编写PCIe驱动程序需要遵循模仿、匹配、启用、配置空间访问、注册和注销等步骤。通过理解这些关键点，并借助Linux内核源码作为模板，你将能够构建出功能完善的PCIe驱动程序。