Linux PCI 設備驅動程序開發基礎架構

PCI 總線系統架構

• PCI Bridge：CPU 通過 Host-PCI Bridge (北橋) 掛掛主 PCI 總線 (Bus 0)；PCI-PCI Bridge 級聯從屬總線 (Bus 1, 2...)。
• 地址空間：配置空間 (256B/4KB, 總線/設備/功能號寻址)、I/O 空間、內存空間 (32/64位 BAR)。
• 枚舉：BIOS/內核掃描總線，分配總線號、配置 BAR、分配中斷線 (IRQ)。

Linux 設備驅動模型核心

設備文件類型

設備號與文件操作

• 主設備號：標識驅動程序 (如 4=ttyS, 250=my_pci_drv)。
• 次設備號：標識同驅動下的不同設備實例。
• file_operations：驅動核心結構體，實現 open/release/read/write/ioctl/mmap/llseek/poll 等回調。

PCI 驅動核心流程

1. 定義 pci_device_id 表：

   
   static const struct pci_device_id my_pci_ids[] = {
       { PCI_DEVICE(0x10EC, 0x8168) },  // Realtek RTL8111
       { 0, }
   };
   MODULE_DEVICE_TABLE(pci, my_pci_ids);
   

2. 實現 probe/remove：

   
   static int my_probe(struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id) {
       // 1. 啟用設備 pci_enable_device(dev)
       // 2. 請求 BAR 區域 pci_request_regions(dev, "my_drv")
       // 3. 映射 I/O 內存 pci_ioremap_bar(dev, 0)
       // 4. 分配設置中斷 pci_alloc_irq_vectors / request_irq
       // 5. 初始化字符設備 cdev_add / device_create
       // 6. 保存私有數據 pci_set_drvdata(dev, priv)
       return 0;
   }
   
   static void my_remove(struct pci_dev *dev) {
       // 逆序釋放：釋放中斷、解除映射、釋放 BAR、禁用設備、銷毀 cdev/device
   }
   

3. 註冊驅動：

   
   static struct pci_driver my_pci_driver = {
       .name     = "my_pci_drv",
       .id_table = my_pci_ids,
       .probe    = my_probe,
       .remove   = my_remove,
   };
   
   module_pci_driver(my_pci_driver);  // 內建 init/exit
   

關鍵 API 速查

調試技巧

• lspci -vvv -s <域:總線:設備.功能> 查看配置空間、BAR、驅動綁定。
• cat /proc/bus/pci/devices (舊) 或 cat /sys/bus/pci/devices/.../config (二進制配置空間)。
• dmesg -T 追蹤驅動 probe 打印。
• echo 1 > /sys/bus/pci/devices/.../remove 觸發熱拔除測試。