20.PCI代码导读-3.驱动初始化流程-准备工作-《计算机知识》

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2025-11-02 22:25:37 系统网络 来源：ZONE.CI 全球网 0 阅读模式
  • 关于PCI的配置
  • 第一阶段初始化
    • pure_initcall系列初始化
      • 入口参数-early_param（复习）
    • postcore_initcall系列初始化
      • sys/class/pci注册
      • pci_bus注册和/sys/bus/pci/初始化
    • arch_initcall系列（重点）
      • pci_arch_init（重点）
      • pci_direct_probe 详解
        • CONF1和CONF2
        • PCIE的IO端口和配置空间访问
        • 校验主桥过程
        • arch_init详解
      • pci_direct_init详解
    • subsys_initcall 系列
      • pci_slot_init 创建了/sys/bus/pci/slots/ 目录
      • pci_subsys_init（重点-第三部分详解）
    • x86默认初始化接口
  • 第一阶段初始化内核打印

    关于PCI的配置

    1. #
    2. # Bus options (PCI etc.)
    3. #
    4. CONFIG_PCI=y
    5. CONFIG_PCI_DIRECT=y
    6. CONFIG_PCI_MMCONFIG=y
    7. CONFIG_PCI_XEN=y
    8. CONFIG_PCI_DOMAINS=y
    9. # CONFIG_PCI_CNB20LE_QUIRK is not set
    10. CONFIG_PCIEPORTBUS=y
    11. CONFIG_HOTPLUG_PCI_PCIE=y
    12. CONFIG_PCIEAER=y
    13. # CONFIG_PCIE_ECRC is not set
    14. # CONFIG_PCIEAER_INJECT is not set
    15. CONFIG_PCIEASPM=y
    16. CONFIG_PCIEASPM_DEBUG=y
    17. CONFIG_PCIEASPM_DEFAULT=y
    18. # CONFIG_PCIEASPM_POWERSAVE is not set
    19. # CONFIG_PCIEASPM_POWER_SUPERSAVE is not set
    20. # CONFIG_PCIEASPM_PERFORMANCE is not set
    21. CONFIG_PCIE_PME=y
    22. CONFIG_PCIE_DPC=y
    23. CONFIG_PCIE_PTM=y
    24. CONFIG_PCI_BUS_ADDR_T_64BIT=y
    25. CONFIG_PCI_MSI=y
    26. CONFIG_PCI_MSI_IRQ_DOMAIN=y
    27. CONFIG_PCI_QUIRKS=y
    28. # CONFIG_PCI_DEBUG is not set
    29. CONFIG_PCI_REALLOC_ENABLE_AUTO=y
    30. CONFIG_PCI_STUB=m
    31. CONFIG_XEN_PCIDEV_FRONTEND=m
    32. CONFIG_PCI_ATS=y
    33. CONFIG_PCI_LOCKLESS_CONFIG=y
    34. CONFIG_PCI_IOV=y
    35. CONFIG_PCI_PRI=y
    36. CONFIG_PCI_PASID=y
    37. CONFIG_PCI_LABEL=y
    38. CONFIG_PCI_HYPERV=m
    39. CONFIG_HOTPLUG_PCI=y
    40. CONFIG_HOTPLUG_PCI_ACPI=y
    41. CONFIG_HOTPLUG_PCI_ACPI_IBM=m
    42. CONFIG_HOTPLUG_PCI_CPCI=y
    43. CONFIG_HOTPLUG_PCI_CPCI_ZT5550=m
    44. CONFIG_HOTPLUG_PCI_CPCI_GENERIC=m
    45. CONFIG_HOTPLUG_PCI_SHPC=m
    47. #
    48. # DesignWare PCI Core Support
    49. #
    50. CONFIG_PCIE_DW=y
    51. CONFIG_PCIE_DW_HOST=y
    52. CONFIG_PCIE_DW_PLAT=y
    54. #
    55. # PCI host controller drivers
    56. #
    57. CONFIG_VMD=m
    59. #
    60. # PCI Endpoint
    61. #
    62. CONFIG_PCI_ENDPOINT=y
    63. CONFIG_PCI_ENDPOINT_CONFIGFS=y
    64. # CONFIG_PCI_EPF_TEST is not set

    第一阶段初始化

    pure_initcall系列初始化

    入口参数-early_param（复习）

    1. pci.c:6564:pure_initcall(pci_realloc_setup_params);
    3. pci_realloc_setup_params 这个函数是GRUB引导时可以传入一些PCI的配置参数，
    4. 这里先不深入研究，可以参考《Linux那些事之PCI》P23
    6. early_param("pci", pci_setup);
    7. pci_setup(char *str)

    ubuntu 修改命令行参数方式：/etc/default/grub中GRUB_CMDLINE_LINUX=修改完后，sudo update-grub && sudo update-grub2最后在 /boot/grub/grub.cfg中表现出来： linux /boot/vmlinuz-…… root=xxxxx

    参考：Linux内核引导参数简介与PCI相关的命令行参数：如果在grub文件kernel那一行添加有“pci=”这样的东东，在调用那些入口函数之前，就必须得先调用一个pci_setup函数来解析这部分内核参数。pci_setup函数在drivers/pci/pci.c里有定义

    1. [PCI]
    2. pci=option[,option...]
    3. off
    4. [IA-32]不检测PCI总线，也就是关闭所有PCI设备。
    5. bios
    6. [IA-32]强制使用PCI BIOS而不是直接访问硬件，这表示内核完全信任BIOS(大多数情况下它并不可信)。仅在你的机器有一个不标准的PCI host bridge的时候才用。
    7. nobios
    8. [IA-32]强制直接访问硬件而不使用PCI BIOS，2.6.13之后这是默认值。如果你确定在内核引导时的崩溃是由BIOS所致就可以使用它。
    9. conf1
    10. [IA-32]强制硬件设备使用PCI Configuration Mechanism 1访问PCI Memory以与内核中的驱动程序进行通信。
    11. conf2
    12. [IA-32]强制硬件设备使用PCI Configuration Mechanism 2访问PCI Memory以与内核中的驱动程序进行通信。
    13. nommconf
    14. [IA-32,X86_64]禁止为 PCI Configuration 使用 MMCONFIG 表。
    15. nomsi
    16. [MSI]如果启用了PCI_MSI内核配置选项，那么可以使用这个参数在系统范围内禁用MSI中断。
    17. nosort
    18. [IA-32]不在检测阶段根据PCI BIOS给出的顺序对PCI设备进行排序。进行这样的排序是为了以与早期内核兼容的方式获取设备序号。
    19. biosirq
    20. [IA-32]使用PCI BIOS调用来获取中断路由表。这些调用在不少机器上都有缺陷，会导致系统在使用过程中挂起。但是在某些机器上却是唯一获取中断路由表的手段。如果内核无法分配IRQ或者发现了第二个PCI总线，就可以尝试使用这个选项解决问题。
    21. rom
    22. [IA-32]为扩展ROM分配地址空间。使用此选项要小心，因为某些设备在ROM与其它资源之间共享地址×××。
    23. pirqaddr=0xAAAAA
    24. [IA-32]指定物理地址位于F0000h-100000h范围之外的PIRQ表(通常由BIOS产生)的物理地址。
    25. lastbus=N
    26. [IA-32]扫描所有总线，直到第N个总线。如果内核找不到第二条总线的时候，你就需要使用这个选项明确告诉它。
    27. assign-busses
    28. [IA-32]总是使用你自己指定的PCI总线号(而不是firmware提供的)。
    29. usepirqmask
    30. [IA-32]优先使用可能存在于BIOS $PIR表中的IRQ掩码。某些有缺陷的BIOS需要这个选项，特别是在HP Pavilion N5400和Omnibook XE3笔记本上。如果启用了ACPI IRQ路由的话，将不会考虑这个选项的设置。
    31. noacpi
    32. [IA-32]不为IRQ路由或者PCI扫描使用ACPI。
    33. routeirq
    34. 为所有PCI设备执行IRQ路由。这个通常在pci_enable_device()中执行，所有这是一个解决不调用此函数的bug驱动程序的临时解决方法。
    35. bfsort
    36. 按照宽度优先的顺序对PCI设备进行排序。进行这样的排序是为了以与2.4内核兼容的方式获取设备序号。
    37. nobfsort
    38. 不按照宽度优先的顺序对PCI设备进行排序。
    39. cbiosize=nn[KMG]
    40. 从CardBus bridge 的 IO 窗口接受的固定长度的总线空间(bus space)，默认值是256字节。
    41. cbmemsize=nn[KMG]
    42. 从CardBus bridge 的 memory 窗口接受的固定长度的总线空间(bus space)，默认值是64MB。
    46. # max payload配置选择，默认是PCIE_BUS_DEFAULT
    47. pcie_bus_config = PCIE_BUS_TUNE_OFF;
    48. pcie_bus_config = PCIE_BUS_SAFE;
    49. pcie_bus_config = PCIE_BUS_PERFORMANCE;
    50. pcie_bus_config = PCIE_BUS_PEER2PEER;

    postcore_initcall系列初始化

    sys/class/pci注册

    1. // probe.c:108:postcore_initcall(pcibus_class_init);
    2. // driver/pci/probe.c 
    3. // 注册 /sys/class/pci_bus接口
    4. static struct class pcibus_class = {
    5.     .name        = "pci_bus",
    6.     .dev_release    = &release_pcibus_dev,
    7.     .dev_groups    = pcibus_groups,
    8. };
    9. static int __init pcibus_class_init(void)
    10. {
    11.     return class_register(&pcibus_class);  // /sys/class/pci_bus
    12. }
    13. postcore_initcall(pcibus_class_init);

    pci_bus注册和/sys/bus/pci/初始化

    1. // pci-driver.c:1681:postcore_initcall(pci_driver_init);
    2. // driver/pci/pci-driver.c  
    3. // 注册PCI BUS，所以/sys/bus/pci目录存在，且子目录device和driver目录存在
    4. struct bus_type pci_bus_type = {
    5.     .name        = "pci",
    6.     .match        = pci_bus_match,
    7.     .uevent        = pci_uevent,
    8.     .probe        = pci_device_probe,
    9.     .remove        = pci_device_remove,
    10.     .shutdown    = pci_device_shutdown,
    11.     .dev_groups    = pci_dev_groups,
    12.     .bus_groups    = pci_bus_groups,
    13.     .drv_groups    = pci_drv_groups,
    14.     .pm        = PCI_PM_OPS_PTR,
    15.     .num_vf        = pci_bus_num_vf,
    16.     .dma_configure    = pci_dma_configure,
    17. };
    19. pci_driver_init
    20.     bus_register(&pci_bus_type);   // /sys/bus/pci/

    arch_initcall系列（重点）

    注：DMI信息参考《Linux那些事之PCI》P42中详解，不考虑这些相关函数

    pci_arch_init（重点）

    X86开始扫描检测PCI设备

    1. // init.c:45:arch_initcall(pci_arch_init);
    2. pci_arch_init
    3.     if (!(pci_probe & PCI_PROBE_NOEARLY))
    4.         pci_mmcfg_early_init();                // 这里会初始化ECAM，参考下节配置空间访问 详解
    6.     // 《Linux那些事之PCI》P5中描述了三种PCI access mode，  
    7.     //  内核中CONFIG_PCI_DIRECT这个宏有配直接Direct去访问
    8.     pci_direct_probe();   // 判断是否为PCI桥设备，下边详解
    10.     if (x86_init.pci.arch_init && !x86_init.pci.arch_init())  // 函数没实现，哈哈
    11.         return 0;
    13.     // pci_pcbios_init();  // CONFIG_PCI_BIOS--不配置，不用看
    14.     pci_direct_init(type); // raw_pci_ops = raw_pci_ext_ops 预留读写pci配置空间的接口

    pci_direct_probe 详解

    1. pci_probe & PCI_PROBE_CONF1 # 判断，什么是CONF1和CONF2
    2. request_region(0xCF8, 8, "PCI conf1") # 为什么使用0xCF8
    3. pci_check_type1()    # 检测type1
    4. raw_pci_ops = &pci_direct_conf1;  # 初始化pci配置空间操作接口

    CONF1和CONF2

    《Linux那些事之PCI》P36-P43 这部分讲解很详细了

    1. // 相关宏配置：arch/x86/include/asm/pci_x86.h
    2. unsigned int pci_probe = PCI_PROBE_BIOS | PCI_PROBE_CONF1 | PCI_PROBE_CONF2 |
    3.                 PCI_PROBE_MMCONF;  // 其中PCI_PROBE_CONF1和PCI_PROBE_CONF2
    5. // 这里不考虑主动传入命令行参数情况

    这些配置在《Linux那些事之PCI》P27说过，其他都

    PCI设备的访问方式有BIOS、Direct的conf1和conf2（兼容老主板）、MMConfig PCI_PROBE_BIOS对应了BIOS方式， PCI_PROBE_MMCONF对应了MMConfig方式，这好理解，看名字就知道了， 不好理解的是PCI_PROBE_CONF1和PCI_PROBE_CONF2都对应了Direct方式:

    因为曾经有过两种PCI Configuration Mechanism， 内核要想不通过BIOS直接去访问设备的话，也必须得对应有两种访问方式，即这里的conf1和conf2（也是TYPE1和TYPE2）。

    Type2主要是在PCI发展的少年时期，某些主桥用过，现在一般都不会再用了，但是为了兼容一些老的主板，conf2还是保留了下来。

    PCIE的IO端口和配置空间访问
    1. request_region(0xCF8, 8, "PCI conf1")

    X86使用0xCF8（bus+device+）,0xCFC作为IO端口来访问PCI，对PCI主桥校验

    1. baiy@ubuntu:output$ sudo  cat /proc/ioports   | grep PCI
    2. 0000-0cf7 : PCI Bus 0000:00
    3. 0cf8-0cff : PCI conf1                                #   访问基础配置空间
    4. 0d00-feff : PCI Bus 0000:00
    5.   2000-3fff : PCI Bus 0000:02      
    6.   4000-4fff : PCI Bus 0000:03
    7.   5000-5fff : PCI Bus 0000:0b
    8.   6000-6fff : PCI Bus 0000:13
    9.   7000-7fff : PCI Bus 0000:1b
    10.   8000-8fff : PCI Bus 0000:04
    11.   9000-9fff : PCI Bus 0000:0c
    12.   a000-afff : PCI Bus 0000:14
    13.   b000-bfff : PCI Bus 0000:1c
    14.   c000-cfff : PCI Bus 0000:05
    15.   d000-dfff : PCI Bus 0000:0d
    16.   e000-efff : PCI Bus 0000:15
    17. baiy@ubuntu:output$

    这就是PCI基础配置空间读写的真实方法：

    1. inno@DEV-005:~$ sudo cat /proc/ioports  | grep "PCI conf"
    2. 0cf8-0cff : PCI conf1
    4. // arch/x86/direct.c中 
    5. #define PCI_CONF1_ADDRESS(bus, devfn, reg) \
    6.     (0x80000000 | ((reg & 0xF00) << 16) | (bus << 16) \
    7.     | (devfn << 8) | (reg & 0xFC))
    8. outl(PCI_CONF1_ADDRESS(bus, devfn, reg), 0xCF8);  // 配置地址
    9. u32 value = inl(0xCFC); // 读取配置

    深入PCI与PCIe之二：软件篇 中关于CONFIG_ADDRESS描述：CONFIG_ADDRESS寄存器格式：31 位：Enabled位。23:16 位：总线编号。 // bus15:11 位：设备编号。 // devfn[7:3]10: 8 位：功能编号。 // devfn[2:0]7: 2 位：配置空间寄存器编号。 // 配置空间偏移地址, 注：因为是32位端口，所以4字节访问。1: 0 位：恒为“00”。这是因为CF8h、CFCh端口是32位端口。

    看到这里有个疑问：配置空间寄存器编号 只有8bit，所以只能访问到 0-255的配置空间，如何访问PCI设备的拓展配置空间？下一章会描述ECAM机制。

    校验主桥过程
    1. // IO空间中0xCF8和0xCFC留给PCI使用，0xCF8作为地址信息，0xCFC数据交互
    2. request_region(0xCF8, 8, "PCI conf1")   // 申请8字节的IO端口资源
    4. // 这里肯定是CONF1，所以不考虑其他情况
    5. pci_check_type1()   // 读取HOST主桥的配置空间，看是否可以读取出来 -书上详解，这里不再重复
    6.     //？？？ 其实这段代码很有悬念，感觉就像检查下端口是否好用，和检测下北桥
    7.   // 对这句话的官方解释如下：
    8.   // 问题：https://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2003-01/0553.html
    9.   // 回复：https://www.cs.helsinki.fi/linux/linux-kernel/2003-01/1060.html
    10.   // "It is trying to verify that the PCI northbridge does *NOT* respond to this (byte-wide) reference".
    12.   outb(0x01, 0xCFB);  // 前边说过， CONFIG_ADDRESS[1:0]永远都为2b00，瞬间打脸，这里只测试下北桥，没有意义 
    13.     tmp = inl(0xCF8);   // 保存0xCF8的状态
    15.   // 同上，也是迷之代码
    16.     outl(0x80000000, 0xCF8);
    17.   判断inl(0xCF8) == 0x80000000 
    19.   // ******重点：测试HOST-bridge是否存在******* 
    20.   /*
    21.   * 在决定使用直接硬件访问机制之前，我们尝试进行一些琐碎的检查，以确保它至少_似乎正常运行
    22.   * 我们只测试总线00是否包含主桥
    23.   */
    24.     pci_sanity_check  // 用pci_direct_conf1接口尝试读取总线0上所有设备的 device ID和Vendor ID
    25.       for (devfn = 0; devfn < 0x100; devfn++) { 
    26.         pci_direct_conf1->read(); // 遍历bus0下所有设备，寻找VGA/HOST_BRIDGE ，肯定是要能找到的。
    28.     raw_pci_ops = &pci_direct_conf1;
    29.         port_cf9_safe = true;
    30.       return 1;                                        // 从这里返回
    33. release_region(0xCF8, 8);   // 释放8字节IO端口资源, 基本上不会走到这里，因为肯定有主桥，且永久占用
    • inb 从I/O端口读取一个字节(BYTE, HALF-WORD) ;
    • outb 向I/O端口写入一个字节（BYTE, HALF-WORD） ;
    • inw 从I/O端口读取一个字（WORD，即两个字节） ;
    • outw 向I/O端口写入一个字（WORD，即两个字节） ;
    • inl 从I/O端口读取双字（即四个字节） ;
    • outl 向I/O端口写入双字（即四个字节） ;

    这里细节太多了，《Linux那些事之PCI》P36-P43 讲解很详细

    总结：读取了下X86的IO空间，然后检测可以读取HOST主桥的设备信息, 这里也留了操作PCI的接口函数。

    SMBIOS（System Management BIOS）主板厂商使用 DMI（Desktop Management Interface）进行同步，这里不看这部分

    arch_init详解
    1. if (x86_init.pci.arch_init && !x86_init.pci.arch_init())
    2.     return 0;
    4. 竟然有没实现相关方法，开不开心
    5. // arch/x86/kernel/x86_init.c
    6. struct x86_init_ops x86_init __initdata = {
    7.     .pci = {
    8.         .init            = x86_default_pci_init,
    9.         .init_irq        = x86_default_pci_init_irq,
    10.         .fixup_irqs        = x86_default_pci_fixup_irqs,
    11.     },  
    12. }

    pci_direct_init详解

    正常情况下：type = pci_direct_probe();返回的配置WORK=1，type=1pci_direct_init(int type)

    1. raw_pci_ops = &pci_direct_conf1;
    2. port_cf9_safe = true;
    4. raw_pci_ops = &pci_direct_conf1;  // 给全局变量OPS赋值
    5. raw_pci_ext_ops = &pci_direct_conf1;  // TBD,这里ext指的是0x40-0xff还是0x100-0xfff ???
    6. const struct pci_raw_ops pci_direct_conf1 = {  // 以后配置空间访问就看这哥们的了
    7.     .read =        pci_conf1_read,
    8.     .write =    pci_conf1_write,
    9. };

    subsys_initcall 系列

    pci_slot_init 创建了/sys/bus/pci/slots/ 目录

    代码也就创建了/sys/bus/pci/slots/目录和初始化相关方法

    1. [baiy@server_202 pci]$ tree /sys/bus/pci/slots/
    2. /sys/bus/pci/slots/
    4. pci_bus_kset = bus_get_kset(&pci_bus_type);
    5. pci_slots_kset = kset_create_and_add("slots", NULL,

    pci_subsys_init（重点-第三部分详解）
    1. x86_init.pci.init()     // ACPI PCI初始化-后边详解
    2. // 注：旧版本调用pci_legacy_init(),由于X86都使用了ACPI，所以不研究
    4. pcibios_fixup_peer_bridges();
    5. x86_init.pci.init_irq();             // ACPI PCI INIT初始化
    6. pcibios_init();

    pci_legacy_init其实是以前旧版本的PCI检测程序，资料较多，可惜现在都用了ACPI部分

    x86默认初始化接口

    1. x86_init.pci.init()  // 前边掉的是x86_init.pci.arch_init()，现在有这个初始化
    3. // arch/x86/kernel/x86_init.c
    4. struct x86_init_ops x86_init __initdata = {
    5.     .pci = {
    6.         .init            = x86_default_pci_init,
    7.         .init_irq        = x86_default_pci_init_irq,
    8.         .fixup_irqs        = x86_default_pci_fixup_irqs,
    9.     },  
    10. }
    12. #ifdef CONFIG_PCI
    13. # ifdef CONFIG_ACPI
    14. #  define x86_default_pci_init        pci_acpi_init
    15. # else
    16. #  define x86_default_pci_init        pci_legacy_init
    17. # endif
    18. # define x86_default_pci_init_irq    pcibios_irq_init
    19. # define x86_default_pci_fixup_irqs    pcibios_fixup_irqs
    20. #endif

    第一阶段初始化内核打印

    其实就在 linux-git\arch\x86\pci\direct.c ： pci_direct_init 打印了一句

    1. [    0.149685] PCI: Using configuration type 1 for base access

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