linux驱动 pci(pci串口卡驱动)

本篇文章给大家谈谈linux驱动 pci，以及pci串口卡驱动对应的知识点，文章可能有点长，但是希望大家可以阅读完，增长自己的知识，最重要的是希望对各位有所帮助，可以解决了您的问题，不要忘了收藏本站喔。

Linux内核PCI驱动总结

Linux内核PCI驱动总结

PCI（Peripheral Component Interconnect），外设互联总线，一种计算机总线接口，用于连接计算机不同部件，如处理器、内存、输入输出设备等。在Linux内核中，PCI是支持最广泛、性能最好的总线之一。本文将详细介绍PCI在Linux中的实现和使用。

PCI的特点包括：提供一个完整的规范，定义了计算机不同部分之间的通信。它使得驱动编写者能够更有效地获取、访问PCI设备。与ISA总线相比，PCI具有更好的性能、更高的平台无关性，并简化了系统添加、删除外设的过程。支持32位和64位数据总线，特别强调了自动发现机制，即PCI设备在系统引导阶段自动配置，无需探测。

PCI寻址机制基于一个16位地址（bus:device.function），包含8位总线、5位设备和3位功能标识。Linux通过抽象pci_dev结构来管理这些地址，避免了直接访问底层二进制地址。当前工作站通常拥有多个PCI总线，通过PCI桥连接形成树状结构。系统提供了lspci命令或文件系统路径（/proc/pci）来查看PCI设备。

每个PCI设备具有三种地址空间：内存、IO和配置空间。内存和IO地址空间在同一个总线上共享，配置空间采用物理寻址，每次操作只对一个槽寻址。驱动程序通常通过inb、readb等接口访问内存和IO空间，而配置空间通过特殊的内核函数访问配置寄存器。每个PCI槽有4个中断引脚，每个功能使用其中的一个。

PCI总线使用32位地址总线用于IO寻址，对于内存寻址支持64位（尽管设备可能支持）。在系统启动阶段，固件初始化PCI硬件，将每个区域映射到不同的地址。驱动程序无需探测，从配置空间读取映射地址。

PCI配置空间由256字节组成（PCI Express为64KB），其布局遵循标准。配置空间的前64字节包含标志信息，驱动程序可根据这些信息定位设备。配置寄存器以小端字节序表示。

在Linux内核中，PCI驱动需要注册到内核并定义访问设备所需的函数。一个PCI驱动结构通常包括回调函数和描述PCI驱动与PCI核心对应的信息。驱动注册后，内核会自动管理设备的注册、卸载以及热插拔。

设备使能后，驱动需要访问配置空间以获取内存和IO区域映射信息。Linux提供了访问配置空间的标准接口，如pci_read_config系列函数，用于8、16、32位数据传输。访问IO区域时需要注意内存缓存管理，确保CPU访问的优化和性能。

在Linux内核中，PCI中断在系统引导时分配。驱动通过读取配置空间中的中断信息（PCI_INTERRUPT_LINE）来获取中断号，并根据此信息配置中断处理机制。

总结，Linux内核中的PCI驱动充分利用了PCI总线的特性，通过内核提供的丰富接口和机制，实现了设备的高效、安全和灵活管理。从注册到访问，再到中断处理，每一环节都体现了Linux在硬件抽象和驱动编程方面的强大能力。

如何写linux pci设备驱动程序

Linux下PCI设备驱动开发

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。

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);

}

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。

Linux平台下pci总线驱动

PCI总线，一种高性能局部总线，为满足外设间及外设与主机间的高速数据传输而诞生。在PCI系统中，PCI控制卡安装于PCI插槽内，支持32位或64位数据交换，实现智能PCI辅助适配器与CPU的并行任务执行。PCI允许多路复用，允许多个电子信号同时存在于总线上。每个设备配置有地址配置寄存器，初始化时配置总线地址，CPU可访问设备资源。PCI标准规定配置寄存器组最多256个连续字节，包括头部部分，用于设备类型、型号和厂商信息。

PCI总线架构中，根总线链接在pci_root_buses链表，pci_bus->device链表连接所有设备，pci_bus->children链表连接下层总线，pci_dev->bus指向所属pci_bus，pci_dev->bus_list链接在bus的device链表上。所有设备链接在pci_device链表中。

在Linux环境下，PCI驱动包含两部分：PCI总线驱动及设备驱动，如字符设备、网络设备、tty设备、音频设备等。核心是pci_driver，负责资源申请、注册设备，并在探测函数中完成初始化。以三星平台s3c24XX为例，代码包括中断处理、打开、关闭和读取文件操作。

PCI驱动的代码模型包括设备支持项、中断处理程序、打开和关闭文件操作，以及文件操作结构体。misc设备注册用于管理PCI设备。设备初始化和卸载涉及使能、设置主控、注册杂项设备等步骤。

PCI I/O和PCI内存地址用于PCI设备与Linux核心驱动程序之间的通讯。例如，DEC21141快速以太网设备的内部寄存器映射到PCI I/O空间，Linux驱动通过读写这些寄存器控制设备。PCI视频卡使用大量PCI内存存储视频信息。

在系统初始化阶段，不允许访问PCI地址空间，直到通过PCI配置头中的命令域打开这些空间。重要的是，Linux设备驱动仅读写PCI I/O和PCI内存地址，无需直接访问配置空间，因为当系统初始化完成，设备地址空间已配置在总线上，驱动通过总线地址访问设备。

以上内容仅为PCI部分简介，深入了解可参考《linux内核情景分析》PCI驱动一章，内容详尽。