PCI 设备详解三
上篇文章已经分析了探测PCI总线的部分代码,碍于篇幅,这里另启一篇。重点分析下pci_scan_root_bus函数
2016-10-24
pci_scan_root_bus函数
struct pci_bus *pci_scan_root_bus(struct device *parent, int bus,
struct pci_ops *ops, void *sysdata, struct list_head *resources)
{
struct pci_host_bridge_window *window;
bool found = false;
struct pci_bus *b;
int max;
/*寻找bus的资源*/
list_for_each_entry(window, resources, list)
if (window->res->flags & IORESOURCE_BUS) {
found = true;
break;
}
/*创建bus对应的结构*/
b = pci_create_root_bus(parent, bus, ops, sysdata, resources);
if (!b)
return NULL; if (!found) {
dev_info(&b->dev,
"No busn resource found for root bus, will use [bus %02x-ff]\n",
bus);
pci_bus_insert_busn_res(b, bus, );
}
/*遍历子总线*/
max = pci_scan_child_bus(b); if (!found)
pci_bus_update_busn_res_end(b, max); pci_bus_add_devices(b);
return b;
}
这里首先寻找bus总线号资源,前面在x86_pci_root_bus_resources函数中已经分配了,所以这里理论上是已经分配好了,不过还是验证下!!内核中总是精益求精。接着调用了pci_create_root_bus函数创建了对应的bus结构,然后调用pci_scan_child_bus函数遍历该总线下所有的子总线。最后就调用pci_bus_add_devices添加设备。总体上就是这么几步,但是要弄清楚,还真是不小的工作量。我们一步步来:
1、pci_create_root_bus函数
struct pci_bus *pci_create_root_bus(struct device *parent, int bus,
struct pci_ops *ops, void *sysdata, struct list_head *resources)
{
int error;
struct pci_host_bridge *bridge;
struct pci_bus *b, *b2;
struct pci_host_bridge_window *window, *n;
struct resource *res;
resource_size_t offset;
char bus_addr[];
char *fmt;
/*创建一个pci_bus结构*/
b = pci_alloc_bus();
if (!b)
return NULL;
/*基本的初始化*/
b->sysdata = sysdata;
b->ops = ops;
/*0号总线的总线号正是该条根总线下的总线号资源的起始号*/
b->number = b->busn_res.start = bus;
/**/
b2 = pci_find_bus(pci_domain_nr(b), bus);
if (b2) {
/* If we already got to this bus through a different bridge, ignore it */
dev_dbg(&b2->dev, "bus already known\n");
goto err_out;
} bridge = pci_alloc_host_bridge(b);
if (!bridge)
goto err_out; bridge->dev.parent = parent;
bridge->dev.release = pci_release_host_bridge_dev;
dev_set_name(&bridge->dev, "pci%04x:%02x", pci_domain_nr(b), bus);
error = pcibios_root_bridge_prepare(bridge);
if (error) {
kfree(bridge);
goto err_out;
}
/*桥也是作为一个设备存在*/
error = device_register(&bridge->dev);
if (error) {
put_device(&bridge->dev);
goto err_out;
}
/*建立总线到桥的指向*/
b->bridge = get_device(&bridge->dev);
device_enable_async_suspend(b->bridge);
pci_set_bus_of_node(b); if (!parent)
set_dev_node(b->bridge, pcibus_to_node(b)); b->dev.class = &pcibus_class;
b->dev.parent = b->bridge;
dev_set_name(&b->dev, "%04x:%02x", pci_domain_nr(b), bus);
error = device_register(&b->dev);
if (error)
goto class_dev_reg_err; pcibios_add_bus(b); /* Create legacy_io and legacy_mem files for this bus */
pci_create_legacy_files(b); if (parent)
dev_info(parent, "PCI host bridge to bus %s\n", dev_name(&b->dev));
else
printk(KERN_INFO "PCI host bridge to bus %s\n", dev_name(&b->dev)); /* Add initial resources to the bus */
list_for_each_entry_safe(window, n, resources, list) {
/*从全局的资源链表摘下,加入到特定桥的windows链表中*/
list_move_tail(&window->list, &bridge->windows); res = window->res;
offset = window->offset;
/*如果资源是总线号资源*/
if (res->flags & IORESOURCE_BUS)
pci_bus_insert_busn_res(b, bus, res->end);
else
pci_bus_add_resource(b, res, );
/*看总线地址到物理地址的偏移*/
if (offset) {
if (resource_type(res) == IORESOURCE_IO)
fmt = " (bus address [%#06llx-%#06llx])";
else
fmt = " (bus address [%#010llx-%#010llx])";
snprintf(bus_addr, sizeof(bus_addr), fmt,
(unsigned long long) (res->start - offset),
(unsigned long long) (res->end - offset));
} else
bus_addr[] = '\0';
dev_info(&b->dev, "root bus resource %pR%s\n", res, bus_addr);
} down_write(&pci_bus_sem);
/*加入根总线链表*/
list_add_tail(&b->node, &pci_root_buses);
up_write(&pci_bus_sem); return b; class_dev_reg_err:
put_device(&bridge->dev);
device_unregister(&bridge->dev);
err_out:
kfree(b);
return NULL;
}
该函数和之前的相比就略显庞大了。不过也难怪,到了最后的阶段一般都挺复杂。哈哈!这里调用pci_alloc_bus函数分配了一个pci_bus结构,然后做基本的初始化。注意一个就是
b->number = b->busn_res.start = bus;
总线号资源时预分配好的,且一个总线的总线号就是其对应总线号区间的起始号。
然后调用pci_find_bus检测下本次总线号是否已经存在对应的总线结构,如果存在,则表明有错误,当然一般是不会存在的。
然后调用pci_alloc_host_bridge函数分配了一个pci_host_bridge结构作为主桥。然后在主桥和总线之间建立关系。因为桥也是一种设备,所以需要注册。
所以一直到这里,代码虽然繁琐却不难理解。
到下面需要给总线分配资源了,之前我们是初始化了资源,并没有在总线和资源之间建立关系,需要分清楚。看下面的list_for_each_entry_safe
这里实现的功能就是把window从resources链表中取下,然后加入到刚才创建host-bridge的window链表中,这样就算把资源分配给了主桥,回想下前面提到桥设备的窗口就可以明白了。只是这里的意思貌似只考虑了一个主桥,虽然大部分都是一个主桥。然后把资源一个个资源都和总线相关联。这样总线的资源是有了。
最后调用list_add_tail把总线加入到全局的根总线链表。
下面看第二个函数pci_scan_child_bus,总线的递归遍历就是在这里做的。
unsigned int pci_scan_child_bus(struct pci_bus *bus)
{
unsigned int devfn, pass, max = bus->busn_res.start;
struct pci_dev *dev; dev_dbg(&bus->dev, "scanning bus\n"); /* Go find them, Rover! 遍历一条总线上的所有子总线,一条总线有32个接口,一个接口有8个子功能,所以这里只能以8递增*/
for (devfn = ; devfn < 0x100; devfn += )
/*在遍历每一个接口,这里一个接口最多有八个function*/
/*在这里,就把总线上的每一个设备都探测过了并加入到了bus对应的设备链表中,后面遍历还要用到*/
pci_scan_slot(bus, devfn); /* Reserve buses for SR-IOV capability. 加上预留的总线号的数量*/
max += pci_iov_bus_range(bus); /*
* After performing arch-dependent fixup of the bus, look behind
* all PCI-to-PCI bridges on this bus.
*/
/*查找PCI桥*/
if (!bus->is_added) {
dev_dbg(&bus->dev, "fixups for bus\n");
pcibios_fixup_bus(bus);
bus->is_added = ;
}
/*据说是需要调用两次pci_scan_bridge,第一次配置,第二次遍历*/
for (pass=; pass < ; 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)
/*遍历PCI桥*/
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.
*/
dev_dbg(&bus->dev, "bus scan returning with max=%02x\n", max);
return max;
}
这里做的工作也不难理解,先注意有个max变量,初始值是当前总线的总线号,表示已经探测的总线的数量,后续会用到。
一条总线上有32个插槽,而每一个插槽都可以包含八个功能即逻辑设备,所以这里以8递进。在循环中每次调用一下pci_scan_slot函数探测下具体的插槽。
int pci_scan_slot(struct pci_bus *bus, int devfn)
{
unsigned fn, nr = ;
struct pci_dev *dev; if (only_one_child(bus) && (devfn > ))
return ; /* Already scanned the entire slot */
/*遍历了第一个功能号,即fn=0*/
dev = pci_scan_single_device(bus, devfn);
if (!dev)
return ;
if (!dev->is_added)
nr++;
/*fn=1开始,遍历其他的功能*/
for (fn = next_fn(bus, dev, ); fn > ; fn = next_fn(bus, dev, fn)) {
dev = pci_scan_single_device(bus, devfn + fn);
if (dev) {
/**/
if (!dev->is_added)
nr++;
/*如果找到第二个设备就说明这是个多功能的设备*/
dev->multifunction = ;
}
} /* only one slot has pcie device */
if (bus->self && nr)
pcie_aspm_init_link_state(bus->self); return nr;
}
最先开始仍然是判断,如果这里该插槽只有一个逻辑设备即不是多功能的,且devfn=0,那么就表示在寻找一个不存在的设备,直接return 0,否则就调用pci_scan_single_device函数探测该插槽各个逻辑设备。接着调动了pci_scan_single_device函数,该函数检查下对应设备号的设备是否已经存在于总线的设备链表中,不存在才会往下调用pci_scan_device函数探测。
static struct pci_dev *pci_scan_device(struct pci_bus *bus, int devfn)
{
struct pci_dev *dev;
u32 l;
/*获取设备厂商*/
if (!pci_bus_read_dev_vendor_id(bus, devfn, &l, *))
return NULL;
/*分配一个dev结构*/
dev = pci_alloc_dev(bus);
if (!dev)
return NULL; dev->devfn = devfn;
dev->vendor = l & 0xffff;
dev->device = (l >> ) & 0xffff; pci_set_of_node(dev);
/*初始化设备*/
if (pci_setup_device(dev)) {
pci_bus_put(dev->bus);
kfree(dev);
return NULL;
} return dev;
}
这里就要做实质性的工作了,创建了一个设备结构并设置相关的信息如设备号,厂商等,然后调用pci_setup_device函数对设备进行全面的初始化,比较重要是地址空间的映射。这里先不说这些,后面再提。最后会调用pci_device_add函数把设备注册进系统,主要还是在设备和总线之间建立联系。回到pci_scan_child_bus函数中,经过这一步就把当前总线上的各个逻辑设备遍历了一遍,也就是都凡是存在的逻辑设备都有了对应的结构,且都存在于总线的设备链表中。然后开始组个检测这些设备,其目的在于寻找PCI-PCI 桥的存在也即1型设备。这里如果找到一个桥设备就会调用pci_scan_bridge函数遍历桥设备:
int 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 = ;
u16 bctl;
u8 primary, secondary, subordinate;
int broken = ;
/*这里是先读设备配置空间的总线号*/
pci_read_config_dword(dev, PCI_PRIMARY_BUS, &buses);
primary = buses & 0xFF;//父总线号
secondary = (buses >> ) & 0xFF;//子总线号
subordinate = (buses >> ) & 0xFF;//桥下最大的总线号 dev_dbg(&dev->dev, "scanning [bus %02x-%02x] behind bridge, pass %d\n",
secondary, subordinate, pass);
/*!primary为真两种情况,1为空 2为0(代表根总线),加上后面的&&才表示为空*/
if (!primary && (primary != bus->number) && secondary && subordinate) {
/*Primary bus硬件实现为0,当是root总线时,正好总线号也是0就不需要修改,而其他子总线就需要重新设置*/
dev_warn(&dev->dev, "Primary bus is hard wired to 0\n");
/*手动设置*/
primary = bus->number;
} /* Check if setup is sensible at all 监测配置是否合法*/
if (!pass &&
(primary != bus->number || secondary <= bus->number ||
secondary > subordinate)) {
dev_info(&dev->dev, "bridge configuration invalid ([bus %02x-%02x]), reconfiguring\n",
secondary, subordinate);
broken = ;
} /* 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,
bctl & ~PCI_BRIDGE_CTL_MASTER_ABORT); if ((secondary || subordinate) && !pcibios_assign_all_busses() &&
!is_cardbus && !broken) {
unsigned int cmax;
/*
* Bus already configured by firmware, process it in the first
* pass and just note the configuration.
*/
if (pass)
goto out; /*
* If we already got to this bus through a different bridge,
* don't re-add it. This can happen with the i450NX chipset.
*
* However, we continue to descend down the hierarchy and
* scan remaining child buses.
*/
/*得到子总线结构*/
child = pci_find_bus(pci_domain_nr(bus), secondary);
if (!child) {
child = pci_add_new_bus(bus, dev, secondary);
if (!child)
goto out;
/*设置子总线的primary指针*/
child->primary = primary;
/*给子总线也分配总线号资源*/
pci_bus_insert_busn_res(child, secondary, subordinate);
child->bridge_ctl = bctl;
}
/*递归遍历子总线*/
cmax = pci_scan_child_bus(child);
if (cmax > max)
max = cmax;
if (child->busn_res.end > max)
max = child->busn_res.end;
} else {
/*
* We need to assign a number to this bus which we always
* do in the second pass.
*/
if (!pass) {
if (pcibios_assign_all_busses() || broken)
/* 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 */
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, so in
* this case we only re-scan this bus. */
child = pci_find_bus(pci_domain_nr(bus), max+);
if (!child) {
child = pci_add_new_bus(bus, dev, ++max);
if (!child)
goto out;
pci_bus_insert_busn_res(child, max, 0xff);
}
buses = (buses & 0xff000000)
| ((unsigned int)(child->primary) << )
| ((unsigned int)(child->busn_res.start) << )
| ((unsigned int)(child->busn_res.end) << ); /*
* yenta.c forces a secondary latency timer of 176.
* Copy that behaviour here.
*/
if (is_cardbus) {
buses &= ~0xff000000;
buses |= CARDBUS_LATENCY_TIMER << ;
} /*
* We need to blast all three values with a single write.
*/
pci_write_config_dword(dev, PCI_PRIMARY_BUS, buses); if (!is_cardbus) {
child->bridge_ctl = bctl;
/*
* Adjust subordinate busnr in parent buses.
* We do this before scanning for children because
* some devices may not be detected if the bios
* was lazy.
*/
/*修正父总线的总线号资源范围*/
pci_fixup_parent_subordinate_busnr(child, max);
/* Now we can scan all subordinate buses... */
max = pci_scan_child_bus(child);
/*
* now fix it up again since we have found
* the real value of max.
*/
pci_fixup_parent_subordinate_busnr(child, max);
} else {
/*
* For CardBus bridges, we leave 4 bus numbers
* as cards with a PCI-to-PCI bridge can be
* inserted later.
*/
for (i=; i<CARDBUS_RESERVE_BUSNR; i++) {
struct pci_bus *parent = bus;
if (pci_find_bus(pci_domain_nr(bus),
max+i+))
break;
while (parent->parent) {
if ((!pcibios_assign_all_busses()) &&
(parent->busn_res.end > max) &&
(parent->busn_res.end <= max+i)) {
j = ;
}
parent = parent->parent;
}
if (j) {
/*
* Often, there are two cardbus bridges
* -- try to leave one valid bus number
* for each one.
*/
i /= ;
break;
}
}
max += i;
pci_fixup_parent_subordinate_busnr(child, max);
}
/*
* Set the subordinate bus number to its real value.
*/
pci_bus_update_busn_res_end(child, max);
pci_write_config_byte(dev, PCI_SUBORDINATE_BUS, max);
} sprintf(child->name,
(is_cardbus ? "PCI CardBus %04x:%02x" : "PCI Bus %04x:%02x"),
pci_domain_nr(bus), child->number); /* Has only triggered on CardBus, fixup is in yenta_socket */
while (bus->parent) {
if ((child->busn_res.end > bus->busn_res.end) ||
(child->number > bus->busn_res.end) ||
(child->number < bus->number) ||
(child->busn_res.end < bus->number)) {
dev_info(&child->dev, "%pR %s "
"hidden behind%s bridge %s %pR\n",
&child->busn_res,
(bus->number > child->busn_res.end &&
bus->busn_res.end < child->number) ?
"wholly" : "partially",
bus->self->transparent ? " transparent" : "",
dev_name(&bus->dev),
&bus->busn_res);
}
bus = bus->parent;
} out:
pci_write_config_word(dev, PCI_BRIDGE_CONTROL, bctl); return max;
}
该函数通过递归的方式完成了所有总线以及设备的遍历。每一递归都执行两次该函数,第一次探测是否被BIOS处理,第二次才做真正的探测工作。
首先是先读取桥设备的配置空间,获得桥设备的primary bus,secondary bus,subordinate bus号,然后进行判断,如果secondary bus和subordinate bus均不为0则说明配置有效,因为初始primary bus号被硬件初始化为0,所以这里如果传递进来的bus number不是0,就需要重新设置。
然后检查这些号码是否合法。合法情况下就在首次执行pci_scan_bridge函数的时候进行子总线的遍历。可以看到这里同样先是调用pci_find_bus函数查找下secondary号总线是否已经存在,不存在才调用pci_add_new_bus函数new一个新的bus结构,同时在该函数中也对总线的部分变量做了初始化。接着设置总线的primary指针。随后需要给总线分配总线号资源了。根据已有的配置,这里secondary是子总线的号,而subordinate就是总线下最大的总线号,所以这正是总线的总线号区间。然后继续调用pci_scan_child_bus函数继续遍历当前子总线。就这么层一层的递归下去。知道最后没有桥了,就从pci_scan_child_bus函数返回探测到的总线的数量即max.而如果配置空间没有被配置,那么就需要重新配置,这里首次执行pci_scan_bridge函数就只是把配置空间总线号区域清零。到了第二次,大题上根前面类似,不过这里因为没有secondary 号,所以只能按照max+1来寻找或者创建子总线结构,同时对于子总线的总线区间设置成0xff即255最大值。然后写入到桥配置空间中。这个时候已经探测了一个新的总线,那么需要对父总线的总线号区间进行更新,然后执行pci_scan_child_bus函数探测当前子总线的其他总线,在递归返回的时候,需要再次执行更新。并且需要把总线的总线号资源设置成正确的区间。因为开始分配的时候设置默认总线号区间最大为255.
整个递归流程完毕,就知道了一共存在多少总线,且总线上的设备都已经正确配置并都已经加入到了设备链表中。
总结:
本次分析可谓是困难重重,对于很多大牛来说,这或许根本不是事,但是笔者平时的研究没哟涉及到PCI设备这一层面,仅仅是为了分析qemu中的virtIO才着手分析PCI设备。其中可能不乏错误之处,还望老师们看到多多指正。笔者也正是发现只记录不分享,久而久之就越发懒散,好的东西信手沾来虽然容易,然是后续基本不会再看。而写下来给别人分享就不同了,因为担心写错,好多模糊的地方自己需要再三斟酌,同时也是对自己基础的强化,利人利己!
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