背 景
Read the fucking source code!–By 鲁迅A picture is worth a thousand words.–By 高尔基
说明：
- Kernel版本：4.14
- ARM64处理器
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使用工具：Source Insight 3.5， Visio
-
概述
先回顾一下PCIe的架构图：
- 本文将讲PCIe Host的驱动，对应为
Root Complex部分，相当于PCI的Host Bridge部分； - 本文会选择Xilinx的
nwl-pcie来进行分析； -
驱动的编写整体偏简单，往现有的框架上套就可以了，因此不会花太多笔墨，点到为止；
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流程分析
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但凡涉及到驱动的分析，都离不开驱动模型的介绍，驱动模型的实现让具体的驱动开发变得更容易；
- 所以，还是回顾一下上篇文章提到的驱动模型：Linux内核建立了一个统一的设备模型，分别采用总线、设备、驱动三者进行抽象，其中设备与驱动都挂在总线上，当有新的设备注册或者新的驱动注册时，总线会去进行匹配操作（
match函数），当发现驱动与设备能进行匹配时，就会执行probe函数的操作；
《Linux PCI驱动框架分析（二）》中提到过PCI设备、PCI总线和PCI驱动的创建，PCI设备和PCI驱动挂接在PCI总线上，这个理解很直观。针对PCIe的控制器来说，同样遵循设备、总线、驱动的匹配模型，不过这里的总线是由虚拟总线platform总线来替代，相应的设备和驱动分别为platform_device和platform_driver；
那么问题来了， platform_device是在什么时候创建的呢？那就不得不提到 Device Tree设备树了。
2.1 Device Tree
- 设备树用于描述硬件的信息，包含节点各类属性，在dts文件中定义，最终会被编译成dtb文件加载到内存中；
- 内核会在启动过程中去解析dtb文件，解析成
device_node描述的Device Tree； - 根据
device_node节点，创建platform_device结构，并最终注册进系统，这个也就是PCIe Host设备的创建过程；
我们看看PCIe Host的设备树内容：
pcie: pcie@fd0e0000 {
compatible = "xlnx,nwl-pcie-2.11";
status = "disabled";
#address-cells = ;
#size-cells = ;
#interrupt-cells = ;
msi-controller;
device_type = "pci";
interrupt-parent = ;
interrupts = ,
,
,
, /* MSI_1 [63...32] */
; /* MSI_0 [31...0] */
interrupt-names = "misc", "dummy", "intx", "msi1", "msi0";
msi-parent = ;
reg = ,
,
;
reg-names = "breg", "pcireg", "cfg";
ranges = ;/* prefetchable memory */
bus-range = ;
interrupt-map-mask = ;
interrupt-map = ,
,
,
;
pcie_intc: legacy-interrupt-controller {
interrupt-controller;
#address-cells = ;
#interrupt-cells = ;
};
};
关键字段描述如下：
compatible：用于匹配PCIe Host驱动；msi-controller：表示是一个MSI（Message Signaled Interrupt）控制器节点，这里需要注意的是，有的SoC中断控制器使用的是GICv2版本，而GICv2并不支持MSI，所以会导致该功能的缺失；device-type：必须是"pci"；interrupts：包含NWL PCIe控制器的中断号；interrupts-name：msi1, msi0用于MSI中断，intx用于旧式中断，与interrupts中的中断号对应；reg：包含用于访问PCIe控制器操作的寄存器物理地址和大小；reg-name：分别表示Bridge registers，PCIe Controller registers，Configuration space region，与reg中的值对应；ranges：PCIe地址空间转换到CPU的地址空间中的范围；bus-range：PCIe总线的起始范围；interrupt-map-mask和interrupt-map：标准PCI属性，用于定义PCI接口到中断号的映射；legacy-interrupt-controller：旧式的中断控制器；
2.2 probe流程
- 系统会根据dtb文件创建对应的platform_device并进行注册；
- 当驱动与设备通过
compatible字段匹配上后，会调用probe函数，也就是nwl_pcie_probe；
看一下 nwl_pcie_probe函数：
- 通常probe函数都是进行一些初始化操作和注册操作：
- 初始化包括：数据结构的初始化以及设备的初始化等，设备的初始化则需要获取硬件的信息（比如寄存器基地址，长度，中断号等），这些信息都从DTS而来；
-
注册操作主要是包含中断处理函数的注册，以及通常的设备文件注册等;
-
针对PCI控制器的驱动，核心的流程是需要分配并初始化一个
pci_host_bridge结构，最终通过这个bridge去枚举PCI总线上的所有设备； devm_pci_alloc_host_bridge：分配并初始化一个基础的pci_hsot_bridge结构；nwl_pcie_parse_dt：获取DTS中的寄存器信息及中断信息，并通过irq_set_chained_handler_and_data设置intx中断号对应的中断处理函数，该处理函数用于中断的级联；nwl_pcie_bridge_init：硬件的Controller一堆设置，这部分需要去查阅Spec，了解硬件工作的细节。此外，通过devm_request_irq注册misc中断号对应的中断处理函数，该处理函数用于控制器自身状态的处理；pci_parse_request_of_pci_ranges：用于解析PCI总线的总线范围和总线上的地址范围，也就是CPU能看到的地址区域；nwl_pcie_init_irq_domain和mwl_pcie_enable_msi与中断级联相关，下个小节介绍；pci_scan_root_bus_bridge：对总线上的设备进行扫描枚举，这个流程在Linux PCI驱动框架分析（二）中分析过。brdige结构体中的pci_ops字段，用于指向PCI的读写操作函数集，当具体扫描到设备要读写配置空间时，调用的就是这个函数，由具体的Controller驱动实现；
2.3 中断处理
PCIe控制器，通过PCIe总线连接各种设备，因此它本身充当一个中断控制器，级联到上一层的中断控制器（比如GIC），如下图：
- PCIe总线支持两种中断的处理方式：
- Legacy Interrupt：总线提供
INTA#, INTB#, INTC#, INTD#四根中断信号，PCI设备借助这四根信号使用电平触发方式提交中断请求； - MSI(
Message Signaled Interrupt) Interrupt：基于消息机制的中断，也就是往一个指定地址写入特定消息，从而触发一个中断；
针对两种处理方式， NWL PCIe驱动中，实现了两个 irq_chip，也就是两种方式的中断控制器：
irq_domain对应一个中断控制器（irq_chip），irq_domain负责将硬件中断号映射到虚拟中断号上；- 来一张旧图吧，具体文章可以去参考中断子系统相关文章；
再来看一下 nwl_pcie_enable_msi函数：
- 在该函数中主要完成的工作就是设置级联的中断处理函数，级联的中断处理函数中最终会去调用具体的设备的中断处理函数；
所以，稍微汇总一下，作为两种不同的中断处理方式，套路都是一样的，都是创建 irq_chip中断控制器，为该中断控制器添加 irq_domain，具体设备的中断响应流程如下：
- 设备连接在PCI总线上，触发中断时，通过PCIe控制器充当的中断控制器路由到上一级控制器，最终路由到CPU；
- CPU在处理PCIe控制器的中断时，调用它的中断处理函数，也就是上文中提到过的
nwl_pcie_leg_handler，nwl_pcie_msi_handler_high，和nwl_pcie_leg_handler_low； - 在级联的中断处理函数中，调用
chained_irq_enter进入中断级联处理； - 调用
irq_find_mapping找到具体的PCIe设备的中断号； - 调用
generic_handle_irq触发具体的PCIe设备的中断处理函数执行； - 调用
chained_irq_exit退出中断级联的处理；
2.4 总结
- PCIe控制器驱动，各家的IP实现不一样，驱动的差异可能会很大，单独分析一个驱动毕竟只是个例，应该去掌握背后的通用框架；
- 各类驱动，大体都是硬件初始化配置，资源申请注册，核心是处理与硬件的交互（一般就是中断的处理），如果需要用户来交互的，则还需要注册设备文件，实现一堆
file_operation操作函数集； - 好吧，我个人不太喜欢分析某个驱动，草草收场了；
下篇开始，继续回归到虚拟化，期待一下吧。
参考
Documentation/devicetree/bindings/pci/xlinx-nwl-pcie.txt
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Original: https://www.cnblogs.com/LoyenWang/p/14255906.html
Author: LoyenWang
Title: 【原创】Linux PCI驱动框架分析（三）
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