Linux设备驱动之pci设备的枚举

一:前言

Pci,是Peripheral Component Interconnect的缩写,翻译成中文即为外部设备互联.与传统的总线相比.它的传输速率较高.能为用户提供动态查询pci deivce.和局部总线信息的方法,此外,它还能自动为总线提供仲裁.在近几年的发展过程中,被广泛应用于多种平台.

pci协议比较复杂,关于它的详细说明，请查阅有关pci规范的资料，本文不会重复这些部份.

对于驱动工程师来说，Pci设备的枚举是pci设备驱动编写最复杂的操作。分析和理解这部份,是进行深入分析pci设备驱动架构的基础。

我们也顺便来研究一下,linux是怎么对这个庞然大物进行封装的。 二:pci架构概貌

上图展现了pci驱动架构中,pci_bus、pci_dev之间的关系。如上图所示，所有的根总线都链接在pci_root_buses链表中。 Pci_bus ->device链表链接着该总线下的所有设备。而pci_bus->children链表链接着它的下层总线。对于pci_dev来说。pci_dev->bus指向它所属的pci_bus。 Pci_dev->bus_list链接在它所属bus的device链表上。此外,所有pci设备都链接在pci_device链表中。

三:pci设备的配置空间

每个pci设备都有最多256个连续的配置空间。配置空间中包含了设备的厂商ID,设备ID,IRQ,设备存储区信息等.摘下LDD3中的一副说明图,如下：

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要注意了,上图是以字节为单位的,而不是以位为单位.

那怎么去读取每个设备的配置空间呢？我们在开篇的时候提到过,pci总线为用户提供了动态查询pci设备信息的方法。在x86上,保留了0xCF8~0xCFF的8个寄存器.实际上就是对应地址为0xCF8的32位寄存器和地址为0xCFC的32位寄存器。在0xCF8寄存中写入要访问设备对应的总线号, 设备号、功能号和寄存器号组成的一个32位数写入0xCF8.然后从0xCFC上就可以取出对应pci设备的信息.

写入到0xCF8寄存器的格式如下：

低八位(0~7): (寄存器地址)&0xFC.低二位为零

8~10:功能位. 有时候,一个pci设备对应多个功能.将每个功能单元分离出来,对应一个独立的pci device 11~15位:设备号 对应该pci总线上的设备序号

16~23位:总线号 根总线的总线号为0.每遍历到下层总线,总线号+1 31:有效位 如果该位为1.则说明写入的数据有效,否则无效

例如:要读取n总线号m设备号f功能号对应设备的vendor id和Device id.过程如下： 要写入到0xCF8中的数为： l = 0x80<<23 | n<<16 | m<<11 | f<<8 | 0x00 即:outl(l,0xCF8)

从0xCFC中读相关信息：L = Inw(0xCFC) (从上图中看到,vendor id和device id总共占四个字节.因此用inw) 所以device id = L&0xFF，Vendor id = (L>>8)&0xFF。

四:总线枚举入口分析

Pci的代码分为两个部份。一个部份是与平台相关的部份，存放在linux-2.6.25\\arch\\XXX\\pci。在x86,对应为linux-2.6.25\\arch\\x86\\pci\\ 另一个部份是平台无关的代码,存放在linux-2.6.25\\driver\\pci\\下面。

大致浏览一下这两个地方的init函数.发现可能枚举pci设备是由函数pcibios_scan_root()完成的.不过搜索源代码后,发现有两个地方会调用这个调数.一个是在linux-2.6.25\\arch\\x86\\pci\\numa.c 另一个是linux-2.6.25\\arch\\x86\\pci\\Legacy.c

这两个地方都是封装在一个subsys_initcall()所引用的初始化函数呢? 到底哪一个文件才是我们要分析的呢? 分析一下linux-2.6.25\\arch\\x86\\pci\\下的Makefile_32.内容如下: obj-y := i386.o init.o

obj-$(CONFIG_PCI_BIOS) += pcbios.o

obj-$(CONFIG_PCI_MMCONFIG) += mmconfig_32.o direct.o mmconfig-shared.o obj-$(CONFIG_PCI_DIRECT) += direct.o

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pci-y := fixup.o

pci-$(CONFIG_ACPI) += acpi.o pci-y += legacy.o irq.o

pci-$(CONFIG_X86_VISWS) := visws.o fixup.o pci-$(CONFIG_X86_NUMAQ) := numa.o irq.o

obj-y += $(pci-y) common.o early.o

从这个makefile中可以看出:legacy.c是一定会编译到了.而numa.c只有在编译选择了CONFIG_X86_NUMAQ的时候才起效.所以,我们可以毫不犹豫的将眼光放到了legacy.c中. 该文件中的初始化函数如下: static int __init pci_legacy_init(void) {

if (!raw_pci_ops) {

printk(\ return 0; }

if (pcibios_scanned++) return 0;

printk(\ pci_root_bus = pcibios_scan_root(0); if (pci_root_bus)

pci_bus_add_devices(pci_root_bus);

pcibios_fixup_peer_bridges();

return 0; }

subsys_initcall(pci_legacy_init);

由subsys_initcall()引用的函数都会放在init区域,这里面的函数是kernel启动的时候会自己执行的函数.首先我们碰到的问题是raw_pci_ops是在什么地方被赋值的.搜索整个代码树,发现是在pci_access_init()中初始化的.如下: static __init int pci_access_init(void) {

int type __maybe_unused = 0;

#ifdef CONFIG_PCI_DIRECT type = pci_direct_probe(); #endif

#ifdef CONFIG_PCI_MMCONFIG pci_mmcfg_init(type); #endif

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if (raw_pci_ops) return 0; #ifdef CONFIG_PCI_BIOS pci_pcbios_init(); #endif /*

* don't check for raw_pci_ops here because we want pcbios as last * fallback, yet it's needed to run first to set pcibios_last_bus * in case legacy PCI probing is used. otherwise detecting peer busses * fails. */

#ifdef CONFIG_PCI_DIRECT pci_direct_init(type); #endif

if (!raw_pci_ops) printk(KERN_ERR

\

return 0; }

arch_initcall(pci_access_init);

由于arch_initcall()的优先级比subsys_initcall要高.因此,会先运行完pci_access_init之后,才会执行pci_legacy_init.

上面的代码看起来很复杂,没关系,去掉几个我们没有用到的编译代码就简单了. 在x86中,bios其实提供了pci设备的枚举功能.这也是CONFIG_PCI_BIOS的作用,如果对它进行了定义,那么就用bios的pci枚举功能.如果没有定义,说明不采用bios的功能,而是自己手动去枚举,这就是CONFIG_PCI_DIRECT的作用.为了一般性,我们分析CONFIG_PCI_DIRECT的过程.把其它不相关的代码略掉.剩余的就简单了.

在pci规范中,定义了两种操作配置空间的方法,即type1 和type2.在新的设计中,type2的配置机制不会被采用,通常会使用type1.因此,在代码中pci_direct_probe()一般会返回1,即使用type1. pci_direct_init()的代码如下: void __init pci_direct_init(int type) {

if (type == 0) return;

printk(KERN_INFO \ if (type == 1)

raw_pci_ops = &pci_direct_conf1; else

raw_pci_ops = &pci_direct_conf2; }

在这里看到,ram_pci_ops最终会指向pci_direct_conf1.顺便看下这个结构: struct pci_raw_ops pci_direct_conf1 = { .read = pci_conf1_read,

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.write = pci_conf1_write, };

这个结构其实就是pci设备配置空间操作的接口.

五:pci设备的枚举过程 返回到pci_legacy_init()中 static int __init pci_legacy_init(void) {

……

printk(\ pci_root_bus = pcibios_scan_root(0); if (pci_root_bus)

pci_bus_add_devices(pci_root_bus); …… }

Pci设备的枚举过程是由pcibios_scan_root()完成的.在这里调用是以0为参数.说明是从根总线起开始枚举.

pcibios_scan_root()代码如下:

struct pci_bus * __devinit pcibios_scan_root(int busnum) {

struct pci_bus *bus = NULL; struct pci_sysdata *sd;

dmi_check_system(pciprobe_dmi_table);

while ((bus = pci_find_next_bus(bus)) != NULL) { if (bus->number == busnum) { /* Already scanned */ return bus; } }

/* Allocate per-root-bus (not per bus) arch-specific data. * TODO: leak; this memory is never freed. * It's arguable whether it's worth the trouble to care. */

sd = kzalloc(sizeof(*sd), GFP_KERNEL); if (!sd) {

printk(KERN_ERR %um); return NULL; }

printk(KERN_DEBUG \

return pci_scan_bus_parented(NULL, busnum, &pci_root_ops, sd);

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}

先在pci_root_buses中判断是否存在这个根总线对应的总线号.如果存在,说明这条总线已经遍历过了,直接退出. Pci_root_ops这是定义的pci设备配置空间的操作.在没有选择CONFIG_PCI_MMCONFIG的情况下,它的操作都会转入我们在上面的分析的,ram_pci_ops中.这个过程非常简单,可以自行分析. 然后,流程转入pci_scan_bus_parented().代码如下:

struct pci_bus * __devinit pci_scan_bus_parented(struct device *parent, int bus, struct pci_ops *ops, void *sysdata) {

struct pci_bus *b;

b = pci_create_bus(parent, bus, ops, sysdata); if (b)

b->subordinate = pci_scan_child_bus(b); return b; }

在pci_create_bus()中,为对应总线号构建pci_bus,然后将其挂入到pci_root_buses链表.该函数代码比较简单,请自行分析.然后,调用然后pci_scan_child_bus枚举该总线下的所有设备.pci_bus->subordinate表示下流总线的最大总线号.pci_sacn_child_bus()代码如下:

unsigned int __devinit pci_scan_child_bus(struct pci_bus *bus) {

unsigned int devfn, pass, max = bus->secondary; struct pci_dev *dev;

pr_debug(\>number);

/* Go find them, Rover! */

//按功能号扫描设备号对应的pci 设备 for (devfn = 0; devfn < 0x100; devfn += 8) pci_scan_slot(bus, devfn); /*

* After performing arch-dependent fixup of the bus, look behind * all PCI-to-PCI bridges on this bus. */

pr_debug(%umber); pcibios_fixup_bus(bus); for (pass=0; pass < 2; pass++)

list_for_each_entry(dev, &bus->devices, bus_list) {

if (dev->hdr_type == PCI_HEADER_TYPE_BRIDGE ||

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dev->hdr_type == PCI_HEADER_TYPE_CARDBUS) max = pci_scan_bridge(bus, dev, max, pass); } /*

* We've scanned the bus and so we know all about what's on * the other side of any bridges that may be on this bus plus * any devices. *

* Return how far we've got finding sub-buses. */

pr_debug(\ pci_domain_nr(bus), bus->number, max); return max; }

这节的难点就是在这个地方了,从我们之前分析的pci设备配置空间的读写方式可得知.对特定总线.下面最多个32个设备号.每个设备号又对应8 个功能号.我们可以将设备号和功能号放到一起,即占8~15位.在这面的代码中.对每个设备号调用pci_scan_slot()去扫描它下面的8个功能号对应的设备.总而言之,把该总线下面的所有设备都要枚举完.

pci_scan_slot()代码如下:

nt pci_scan_slot(struct pci_bus *bus, int devfn) {

int func, nr = 0; int scan_all_fns;

scan_all_fns = pcibios_scan_all_fns(bus, devfn);

for (func = 0; func < 8; func++, devfn++) { struct pci_dev *dev;

dev = pci_scan_single_device(bus, devfn); if (dev) { nr++;

/*

* If this is a single function device, * don't scan past the first function. */

if (!dev->multifunction) { if (func > 0) {

dev->multifunction = 1; } else { break;

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} } } else {

if (func == 0 && !scan_all_fns) break; } } return nr; }

对其它的每个设备都会调用pci_scan_single_device().如果是单功能设备(dev->multifunction == 0).则只要判断它的第一个功能号可以了,不需要判断之后功能号对应的设备. Pci_scan_single_device()代码如下:

struct pci_dev *__ref pci_scan_single_device(struct pci_bus *bus, int devfn) {

struct pci_dev *dev;

dev = pci_scan_device(bus, devfn); if (!dev)

return NULL;

//将pci_dev加至pci_bus->devices pci_device_add(dev, bus);

return dev; }

对每个设备,都会调用pci_scan_device()执行扫描的过程,如果该设备存在,就会将该设备加入到所属总线的devices链表上.这是在pci_device_add()函数中完成的,这个函数比较简单.这里不做详细分析.我们把注意力集中到pci_scan_device(),这函数有点长,分段分析如下:

static struct pci_dev * __devinit

pci_scan_device(struct pci_bus *bus, int devfn) {

struct pci_dev *dev; u32 l; u8 hdr_type; int delay = 1;

if (pci_bus_read_config_dword(bus, devfn, PCI_VENDOR_ID, &l)) return NULL;

/* some broken boards return 0 or ~0 if a slot is empty: */ if (l == 0xffffffff || l == 0x00000000 || l == 0x0000ffff || l == 0xffff0000) return NULL;

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/* Configuration request Retry Status */ while (l == 0xffff0001) { msleep(delay); delay *= 2;

if (pci_bus_read_config_dword(bus, devfn, PCI_VENDOR_ID, &l)) return NULL;

/* Card hasn't responded in 60 seconds? Must be stuck. */ if (delay > 60 * 1000) {

printk(KERN_WARNING \ \ bus->number, PCI_SLOT(devfn), PCI_FUNC(devfn)); return NULL; } }

从配置空间中读取该设备对应的vendor id和device id.如果读出来的值,有一个是空的,则说明该功能号对应的设备不存在,或者是配置非法.

如果读出来的是0xffff0001.则需要重新读一次,如果重读次数过多,也会退出

if (pci_bus_read_config_byte(bus, devfn, PCI_HEADER_TYPE, &hdr_type)) return NULL;

dev = alloc_pci_dev(); if (!dev)

return NULL;

dev->bus = bus;

dev->sysdata = bus->sysdata; dev->dev.parent = bus->bridge; dev->dev.bus = &pci_bus_type; dev->devfn = devfn;

dev->hdr_type = hdr_type & 0x7f; dev->multifunction = !!(hdr_type & 0x80); dev->vendor = l & 0xffff; dev->device = (l >> 16) & 0xffff; dev->cfg_size = pci_cfg_space_size(dev); dev->error_state = pci_channel_io_normal; set_pcie_port_type(dev);

/* Assume 32-bit PCI; let 64-bit PCI cards (which are far rarer) set this higher, assuming the system even supports it. */ dev->dma_mask = 0xffffffff;

接着,将不同类型设备的共同头部配置读出来,然后赋值给pci_dev的相应成员.这里有个特别要值得注意的地方:

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dev->dev.bus = &pci_bus_type.即将pci_dev里面封装的device结构的bus设置为了pci_bus_type.这个是很核心的一个步骤.我们先将它放到这里,之后的再来详细分析

特别的, HEADER_TYPE的最高位为0,表示该设备是一个单功能设备

if (pci_setup_device(dev) < 0) { kfree(dev); return NULL; }

return dev; }

最后,流程就会转入到pci_setup_deivce()对特定类型的设备配置都行读取操作了.代码如下: static int pci_setup_device(struct pci_dev * dev) {

u32 class;

sprintf(pci_name(dev), \ dev->bus->number, PCI_SLOT(dev->devfn), PCI_FUNC(dev->devfn));

pci_read_config_dword(dev, PCI_CLASS_REVISION, &class); dev->revision = class & 0xff;

class >>= 8; /* upper 3 bytes */ dev->class = class; class >>= 8;

pr_debug(\ dev->vendor, dev->device, class, dev->hdr_type);

/* \

dev->current_state = PCI_UNKNOWN;

/* Early fixups, before probing the BARs */ pci_fixup_device(pci_fixup_early, dev); class = dev->class >> 8;

switch (dev->hdr_type) { /* header type */

case PCI_HEADER_TYPE_NORMAL: /* standard header */ if (class == PCI_CLASS_BRIDGE_PCI) goto bad; pci_read_irq(dev);

pci_read_bases(dev, 6, PCI_ROM_ADDRESS);

pci_read_config_word(dev, PCI_SUBSYSTEM_VENDOR_ID, &dev->subsystem_vendor); pci_read_config_word(dev, PCI_SUBSYSTEM_ID, &dev->subsystem_device);

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/*

* Do the ugly legacy mode stuff here rather than broken chip * quirk code. Legacy mode ATA controllers have fixed * addresses. These are not always echoed in BAR0-3, and * BAR0-3 in a few cases contain junk! */

if (class == PCI_CLASS_STORAGE_IDE) { u8 progif;

pci_read_config_byte(dev, PCI_CLASS_PROG, &progif); if ((progif & 1) == 0) {

dev->resource[0].start = 0x1F0; dev->resource[0].end = 0x1F7;

dev->resource[0].flags = LEGACY_IO_RESOURCE; dev->resource[1].start = 0x3F6; dev->resource[1].end = 0x3F6;

dev->resource[1].flags = LEGACY_IO_RESOURCE; }

if ((progif & 4) == 0) {

dev->resource[2].start = 0x170; dev->resource[2].end = 0x177;

dev->resource[2].flags = LEGACY_IO_RESOURCE; dev->resource[3].start = 0x376; dev->resource[3].end = 0x376;

dev->resource[3].flags = LEGACY_IO_RESOURCE; } } break;

case PCI_HEADER_TYPE_BRIDGE: /* bridge header */ if (class != PCI_CLASS_BRIDGE_PCI) goto bad;

/* The PCI-to-PCI bridge spec requires that subtractive decoding (i.e. transparent) bridge must have programming interface code of 0x01. */ pci_read_irq(dev);

dev->transparent = ((dev->class & 0xff) == 1); pci_read_bases(dev, 2, PCI_ROM_ADDRESS1); break;

case PCI_HEADER_TYPE_CARDBUS: /* CardBus bridge header */ if (class != PCI_CLASS_BRIDGE_CARDBUS) goto bad; pci_read_irq(dev); pci_read_bases(dev, 1, 0);

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pci_read_config_word(dev, PCI_CB_SUBSYSTEM_VENDOR_ID, &dev->subsystem_vendor); pci_read_config_word(dev, PCI_CB_SUBSYSTEM_ID, &dev->subsystem_device); break;

default: /* unknown header */

printk(KERN_ERR \ pci_name(dev), dev->hdr_type); return -1;

bad:

printk(KERN_ERR \ pci_name(dev), class, dev->hdr_type); dev->class = PCI_CLASS_NOT_DEFINED; }

/* We found a fine healthy device, go go go... */ return 0; }

总共有三种类型的设备,分别为常规设备(PCI_HEADER_TYPE_NORMAL) ,pci-pci桥设备(PCI_HEADER_TYPE_BRIDGE),笔记本电脑上使用的cardbus(PCI_HEADER_TYPE_CARDBUS).这里的操作不外乎是IRQ的确定,设备存储区间映射等.先将这几个操作分析如下: 1: IRQ号的确定

该操作接口为pci_read_irq():

static void pci_read_irq(struct pci_dev *dev) {

unsigned char irq;

pci_read_config_byte(dev, PCI_INTERRUPT_PIN, &irq); dev->pin = irq; if (irq)

pci_read_config_byte(dev, PCI_INTERRUPT_LINE, &irq); dev->irq = irq; }

在PCI_INTERRUPT_PIN中存放的是将INTA~INTD的哪一个引脚连接到了中断控制器,如果该值为零.说明并末将引脚连接至中断控制器.自然也就不能产生中断信号.

其实,在PCI_INTERRUPT_LINE存放的是该设备的中断线连接在中断控制器的哪一个IRQ线上.也就是对应设备的IRQ.

注意这里的寄存器只读有意义,并不是更改寄存器的值就更改该设备的IRQ

2:内部存储区间的确定

从之前的pci设备配置寄存器图中可以看到.有从0x10~0x27的6个base address寄存器.里面存放的就是内部存储器的地起地址和长度,及其类型.

首先将对应寄存器的值取出.如果最低位为1.则说明该区域是I/O端口,高29位是端口地址的高29位,低3位为零.否则是存储映射区间.前28位是存储区的高28位,低四位为零.

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然后,将该寄存器全部置1.再读,取得的是长度信息. 如果是I/O端口,屏弊其低三位,如果是存储区间,屏弊其低四位.最后取第1个位为1对应的大小,即为相应区间的长度. 例如,取出来的值是0xC107.假设是I/O端口

屏蔽掉低三位,为0xC100.第一个为1的值对应的值为0x0100.即0x100 另上,ROM的操作也跟此类似.

在上面的代码中,内部存储区间的确定是由pci_read_bases()完成的.这个函数代码比较长.涉及到的东西又不多,因此不做详细分析.结构上面的分析,应该很容易看懂代码了.

从上面的代码可以看出，对于常规设备，有6个存储区间和一个ROM。Pci briage只有2个存储区间和一个ROM。Cardbus只有一个存储区间没有ROM。

好了，再这里，每一类设备的信息都已经完全读取出来了，并存放在pci_dev的相关字段。此后在驱动中就可以直接找到pci_dev.取得相应的信息，而不需要再次去枚举了.

再这里，万里长征只是迈出了一小步。我们知道，pci总线可以通过pci bridge再连一层pci总线。这个问题显然是一个递归过程。我们接下来看pci桥的处理。

返回到pci_scan_child_bus()中。我们将下面要分析的代码列出来： unsigned int __devinit pci_scan_child_bus(struct pci_bus *bus) {

…… ……

for (devfn = 0; devfn < 0x100; devfn += 8) pci_scan_slot(bus, devfn); pcibios_fixup_bus(bus); for (pass=0; pass < 2; pass++)

list_for_each_entry(dev, &bus->devices, bus_list) {

if (dev->hdr_type == PCI_HEADER_TYPE_BRIDGE || dev->hdr_type == PCI_HEADER_TYPE_CARDBUS) max = pci_scan_bridge(bus, dev, max, pass); } …… }

Pcibios_fixup_bus()这个函数看名字是用来修正总线的。芯片厂商在发布产品后，又检测到上次发布的产品有问题。回厂升级是不可能的了。只能提供软件修改的手段，发布一些修正包。Linux将很多厂商的修改正集合在一起。这也就是pcibios_fixup_bus()要进行的操作。具体设备的修正功能，我们就不再研究了。这个函数里还有一个重要的操作。列出代码如下：

void __devinit pcibios_fixup_bus(struct pci_bus *b) {

struct pci_dev *dev;

pcibios_fixup_ghosts(b); pci_read_bridge_bases(b);

list_for_each_entry(dev, &b->devices, bus_list) pcibios_fixup_device_resources(dev); }

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我们所在讨论的重要的操作就是在pci_read_bridge_bases()中完成的。除了之上分析的配置字段外，其实pci桥还有一个很重要的配置项。即：过滤窗口。

过滤窗口决定了访问的方向。例如：如果cpu一侧要经过pci bridge访问pci总线，则它的地址必须要落在这个pci桥的过滤窗口内才可以通过。另外，pci bridge下游的pci bus要访问cpu侧。则地址必须要落在过滤窗口外才可以。

此外，pci bridge还提供了一个命令寄存器来控制“memory access enable“和“I/O access enable”两个位来控制两个功能。如果全为0.则两个方向都会关闭。在pci初始化前，为了防止对cpu侧造成干扰, 这两个功能都关闭的， Pci bridge有三个这样的窗口，分别如下：

1：起始地址在PCI_IO_BASE中，长度在PCI_IO_LIMIT中。如果是32位，还要通过PCI_IO_BASE_UPPER16和PCI_IO_LIMIT_UPPER16提供高16位。

2：起始地址在PCI_MEMORY_BASE,长度在PCI_MEMORY_LIMIT中。这个是一个16位的窗口。

3：起始地址在PCI_PREF_MEMORY_BASE，长度在PCI_PREF_MEMORY_LIMIT.默认是32位。如果是64，则需要PCI_PREF_BASE_UPPER32和PCI_PREF_LIMIT_UPPER32提供高32位. 存储区间在这里看起来有点繁杂。以图的形式总结如下：

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结合上面说的，理解pci_read_bridge_bases()的代码就不难了。这里不再做详细分析。

现在终于把应该读的配置读完了，可以进行下层pci总线的遍历了。 列出这段代码：

unsigned int __devinit pci_scan_child_bus(struct pci_bus *bus) { …… ……

for (pass=0; pass < 2; pass++)

list_for_each_entry(dev, &bus->devices, bus_list) {

if (dev->hdr_type == PCI_HEADER_TYPE_BRIDGE || dev->hdr_type == PCI_HEADER_TYPE_CARDBUS) max = pci_scan_bridge(bus, dev, max, pass); } …… …… }

上面的操作基本上就是遍历挂在pci_bus->devices上面的设备(是否还记得上面在分析的时候，每枚举到一个设备都会加入到pci_bus->device呢*^_^*)。如果是pci桥或者是cardbus。就会调用pci_scan_bridge()来遍历桥下面的设备.

这里让人疑惑的是，为什么要遍历二次呢？

这是因为，在x86上，系统启动的时候,bios会枚举一次pci设备。所以有些pci bridge是经过bios处理过的。而有些是bios可能没有枚举到的。这就需要分两次处理。一次来处理那里已经由bios处理过的pci bridge.一次是处理全新的pci bridge.这样做，这样做是因为,每次枚举总线后，要为其分配一个总线号，而bios处理后的pci bridge的总线号全部都由bios分配好了，要为新的pci bridge分配总线号。而必须要处理完旧的pci bridge才会知道可用的总线号是多少。

跟进pci_sacn_bridge()的代码，这段代码较长，分段分析如下：

int __devinit pci_scan_bridge(struct pci_bus *bus, struct pci_dev *dev, int max, int pass) {

struct pci_bus *child;

int is_cardbus = (dev->hdr_type == PCI_HEADER_TYPE_CARDBUS); u32 buses, i, j = 0; u16 bctl;

pci_read_config_dword(dev, PCI_PRIMARY_BUS, &buses);

pr_debug(\ pci_name(dev), buses & 0xffffff, pass);

/* Disable MasterAbortMode during probing to avoid reporting of bus errors (in some architectures) */

pci_read_config_word(dev, PCI_BRIDGE_CONTROL, &bctl); pci_write_config_word(dev, PCI_BRIDGE_CONTROL,

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bctl & ~PCI_BRIDGE_CTL_MASTER_ABORT); if ((buses & 0xffff00) && !pcibios_assign_all_busses() && !is_cardbus) { unsigned int cmax, busnr; /*

* Bus already configured by firmware, process it in the first * pass and just note the configuration. */ if (pass) goto out;

//次总线号，也就是下游pci的总线号 busnr = (buses >> 8) & 0xFF;

/*

* If we already got to this bus through a different bridge, * ignore it. This can happen with the i450NX chipset. */

//如果该总线号已经在我们的遍历树中了，说明这条总线已经是处理过的 if (pci_find_bus(pci_domain_nr(bus), busnr)) {

printk(KERN_INFO \ pci_domain_nr(bus), busnr); goto out; }

//构造一个pci_bus.并将其链入到父总线的children链表上 child = pci_add_new_bus(bus, dev, busnr); if (!child) goto out;

child->primary = buses & 0xFF;

child->subordinate = (buses >> 16) & 0xFF; child->bridge_ctl = bctl;

//递归遍历子总线.返回的是下层最大的总线号 cmax = pci_scan_child_bus(child); if (cmax > max) max = cmax;

if (child->subordinate > max) max = child->subordinate; } else { /*

* We need to assign a number to this bus which we always * do in the second pass. */

//在第一次遍历的时候。是不会处理新的pci bus的 if (!pass) {

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if (pcibios_assign_all_busses())

/* Temporarily disable forwarding of the configuration cycles on all bridges in this bus segment to avoid possible conflicts in the second pass between two bridges programmed with overlapping bus ranges. */

pci_write_config_dword(dev, PCI_PRIMARY_BUS, buses & ~0xffffff); goto out; }

/* Clear errors */ //往状态寄存器全写1

pci_write_config_word(dev, PCI_STATUS, 0xffff);

/* Prevent assigning a bus number that already exists. * This can happen when a bridge is hot-plugged */ //要处理的总线编号是否已经存在了 if (pci_find_bus(pci_domain_nr(bus), max+1)) goto out;

child = pci_add_new_bus(bus, dev, ++max); buses = (buses & 0xff000000)

| ((unsigned int)(child->primary) << 0) | ((unsigned int)(child->secondary) << 8) | ((unsigned int)(child->subordinate) << 16);

/*

* yenta.c forces a secondary latency timer of 176. * Copy that behaviour here. */

if (is_cardbus) {

buses &= ~0xff000000;

buses |= CARDBUS_LATENCY_TIMER << 24; }

pci_write_config_dword(dev, PCI_PRIMARY_BUS, buses);

if (!is_cardbus) {

child->bridge_ctl = bctl;

pci_fixup_parent_subordinate_busnr(child, max); /* Now we can scan all subordinate buses... */

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max = pci_scan_child_bus(child);

pci_fixup_parent_subordinate_busnr(child, max); } else {

for (i=0; i

while (parent->parent) {

if ((!pcibios_assign_all_busses()) && (parent->subordinate > max) && (parent->subordinate <= max+i)) { j = 1; }

parent = parent->parent; } if (j) { i /= 2; break; } } max += i;

pci_fixup_parent_subordinate_busnr(child, max); }

child->subordinate = max;

pci_write_config_byte(dev, PCI_SUBORDINATE_BUS, max); }

sprintf(child->name, (is_cardbus ? \

/* Has only triggered on CardBus, fixup is in yenta_socket */ while (bus->parent) {

if ((child->subordinate > bus->subordinate) || (child->number > bus->subordinate) || (child->number < bus->number) || (child->subordinate < bus->number)) { pr_debug(\ \ child->number, child->subordinate, (bus->number > child->subordinate && bus->subordinate < child->number) ? \

bus->self->transparent ? \ bus->number, bus->subordinate);

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}

bus = bus->parent; } out:

pci_write_config_word(dev, PCI_BRIDGE_CONTROL, bctl);

return max; }

忽略有关cardbus总线相关的部份。PCI_PRIMARY_BUS寄存器中的值的含义为：从低位到高位分别为：主总线号，次总线号，子层最大线号。各占两位。如果从PCI_PRIMARY_BUS取出来的值，次总线号和子层最大线号有意义。说明该pci-bridge是被bios处理过的。 这里为什么没有判断主总线号的值呢？这是因为总主线号可能为零,如根总线。而次总线是每枚举到一个pci-bridge就会增1。

如果该pci bridge是被bios处理过的，那直接构造一个pci_bus（pci_add_new_bus()）.再递归枚举这个pci_bus下的设备就可以了。

相反，如果该pci-bridge没有被bios处理过，那就需要我们手动去处理了。这时，为它分配一个可能的总线号。然后将总线号写入PCI_PRIMARY_BUS寄存器。再构造一个pci_bus.递归枚举其下的设备。 最后的一个while()循环是打印出一些DEBUG信息。不需要理会

TODO:在上述代码红色标识部份。如果是没有由bios处理过的pci-bridge.有效设置只是次总线号和下层最大总线号。难道不需要设置主总线号么？

特别注意.在遍其次级总线下层pci时.此时还不知道下层最大总号是多少.所以将pci_bus->subordinate赋值为了0xFF.即其下的所有设备都可以透过这个pci-bridge(参考pci_alloc_child_bus()中的处理).然后等下层的子总线遍历完了之后,再来确定子总线的最大总线号,将其更新至pci_bus->subordinate.

对于上次主总线号的疑问:其实这个总主线号在访问下层总线是不会被使用到的,因为在配置的时候,只会比较pci_bridge的次总线号和下层最大总线号.如果总线号落在这个区间中间.将其透传到下一层总线.否则,忽略这个请求.

递归完成之后，pci总线上的所有信息都被找到了。所有pci_bus被存放在pci_root_buses为根的倒立树中.而总线上对应的pci 设备存放在pci_bus->device链表中.

返回到我们开篇时的初始化函数pci_legacy_init().这个函数还剩下一部份.代码如下: static int __init pci_legacy_init(void) {

if (!raw_pci_ops) {

printk(\ return 0; }

if (pcibios_scanned++) return 0;

printk(\ pci_root_bus = pcibios_scan_root(0); if (pci_root_bus)

pci_bus_add_devices(pci_root_bus);

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pcibios_fixup_peer_bridges();

return 0; }

如果总线遍历成功,就会转入pci_bus_add_devices().代码片段如下: void pci_bus_add_devices(struct pci_bus *bus) {

…… ……

pci_bus_add_device(dev) …… …… }

该函数会遍历总线上的device链表.然后对每个设备调用pci_bus_add_device().代码如下: int pci_bus_add_device(struct pci_dev *dev) {

int retval;

retval = device_add(&dev->dev); if (retval)

return retval;

down_write(&pci_bus_sem);

list_add_tail(&dev->global_list, &pci_devices); up_write(&pci_bus_sem);

pci_proc_attach_device(dev); pci_create_sysfs_dev_files(dev); return 0; }

从上面的代码可以看出.它先将设备添加,然后再将设备挂载到全局的pci_devices链表上. 这样顺着pci_devices就可以找到所有的设备信息了.

另外,对于pci_dev的初始化,我们之前曾强调过.初始化代码片段如下: static struct pci_dev * __devinit

pci_scan_device(struct pci_bus *bus, int devfn) {

…… ……

dev->dev.parent = bus->bridge; dev->dev.bus = &pci_bus_type; …… …… }

即该设备是属于pci_bus_type总线的.事实上,我们编写的pci驱动程序,也是基于pci_bus_type.这样,就可以在添加

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驱动的时候,就可以匹配想要的设备了.

在这里,特别注意一下,经过这里的枚举,只是枚举完了第一条根总线.那其它的根总线是在什么地方被枚举的呢? 在下一节里,再来分析这个问题. 六:小结

在linux的pci架构中,大量运用了深度优先遍历算法.这是由pci总线结构所决定的.经过这一章的分析过后,我们应该对pci架构有了一定的了解.同时在这一章还留下了一个问题.到下一节再来进行分析.

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驱动的时候,就可以匹配想要的设备了.

在这里,特别注意一下,经过这里的枚举,只是枚举完了第一条根总线.那其它的根总线是在什么地方被枚举的呢? 在下一节里,再来分析这个问题. 六:小结

在linux的pci架构中,大量运用了深度优先遍历算法.这是由pci总线结构所决定的.经过这一章的分析过后,我们应该对pci架构有了一定的了解.同时在这一章还留下了一个问题.到下一节再来进行分析.

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