Linux操作系統(tǒng)下的PCI驅(qū)動(dòng)開發(fā)

O 引言

　　PCI總線是一種成熟的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線，而Linux操作系統(tǒng)則是一種源代碼公開的操作系統(tǒng)。Linux構(gòu)架完全沿襲了UNIX的系統(tǒng)架構(gòu)，它不但擁有UNIX的全部功能，而且具有UNIX穩(wěn)定、可靠、安全的優(yōu)點(diǎn)，尤其是Linux加入GNU并遵循公共版權(quán)許可證(GPL)之后，幾乎所有的GNU軟件都可以移植到Linux，從而完善和提高了Linux系統(tǒng)的使用性，并逐步成為通信、工業(yè)控制、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的主流操作系統(tǒng)。

　　本文主要對Linux環(huán)境下開發(fā)PCI9054芯片驅(qū)動(dòng)的具體方法進(jìn)行描述，并給出了如何將驅(qū)動(dòng)程序編譯進(jìn)內(nèi)核，以使驅(qū)動(dòng)模塊靜態(tài)加載的方法。

　　1 PCI9054簡介

　　PCI總線協(xié)議一般需要繁瑣的邏輯驗(yàn)證和時(shí)序分析工作，而且開發(fā)周期較長，因此，更多的做法是采用通用PCI接口芯片，這樣，只需要控制接口芯片的幾根控制線，就可以完成PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸，故可大大減少開發(fā)時(shí)間和成本。

　　PCI9054是由美國PLX公司生產(chǎn)的PCI橋接芯片，該芯片采用先進(jìn)的PLX流水線結(jié)構(gòu)技術(shù)，符合PCI本地總線規(guī)范2．2版，并配有可選的串行EEPROM接口。芯片的本地總線時(shí)鐘可與PCI時(shí)鐘異步，其內(nèi)部有6種可編程FIFO，可以實(shí)現(xiàn)零等待突發(fā)傳輸及本地總線與PCI總線的異步操作，同時(shí)支持主模式、從模式、DMA傳輸模式，可廣泛用于嵌入式系統(tǒng)中。

　　PCI9054的地址資源是由其基址寄存器來設(shè)置的，PCI9054的配置空間有六個(gè)基址寄存器：BARO～BAR5，其中BARO映射到配置空間的基地址，BARl為映射到I／O空間的基地址，BAR2～BAR5可以定義為映射到內(nèi)存地址空間的基地址。配置空間的內(nèi)容可被Linux核心中的PCI初始化代碼使用，I／O空間和內(nèi)存地址空間可提供給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使用。

　　2 Linux下的PCI驅(qū)動(dòng)程序

　　Linux將所有外部設(shè)備看成是一類特殊文件，即“設(shè)備文件”，它可分為兩大類：字符設(shè)備和塊設(shè)備。字符設(shè)備是必須以串行順序依次進(jìn)行訪問的設(shè)備，如觸摸屏、磁帶驅(qū)動(dòng)器、鼠標(biāo)等。塊設(shè)備則是利用一塊系統(tǒng)內(nèi)存作為緩沖區(qū)，以塊為單位進(jìn)行操作，如硬盤、軟驅(qū)等。字符設(shè)備不經(jīng)過系統(tǒng)的快速緩沖，而塊設(shè)備則需經(jīng)過系統(tǒng)的快速緩沖。此外，Linux下還存在一類外設(shè)，即“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備”，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要針對數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送而設(shè)計(jì)，它并不對應(yīng)于文件系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)。PCI驅(qū)動(dòng)通?？梢钥醋鲎址O(shè)備的驅(qū)動(dòng)來設(shè)計(jì)。

　　Linux的操作過程分為兩個(gè)步驟：首先用PCI驅(qū)動(dòng)將內(nèi)核與設(shè)備掛接起來；緊接著通過應(yīng)用程序來根據(jù)設(shè)備文件所屬類型并通過驅(qū)動(dòng)提供的接口函數(shù)來操作設(shè)備。這使得PCI驅(qū)動(dòng)至少應(yīng)該包含兩部分內(nèi)容：一是PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)，二是具體設(shè)備本身的驅(qū)動(dòng)。

　　Linux系統(tǒng)啟動(dòng)后會自動(dòng)檢測PCI設(shè)備信息，并分別記錄在pci_dev結(jié)構(gòu)體中形成一個(gè)PCI設(shè)備鏈表pci_devices。這個(gè)結(jié)構(gòu)體記錄了PCI設(shè)備幾乎所有的硬件信息，包括廠商ID、設(shè)備ID、各種資源等，PCI驅(qū)動(dòng)就是根據(jù)廠商ID和設(shè)備ID來連接設(shè)備并加載驅(qū)動(dòng)的。

　　驅(qū)動(dòng)加載以后，為了操作設(shè)備文件，Linux會在include／linux／fs．h中提供一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)file_operaTIons，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可向Linux文件系統(tǒng)注冊一組文件操作，以定義設(shè)備提供的諸如open、close、read、write等操作，內(nèi)核則將通過file_operations結(jié)構(gòu)訪問驅(qū)動(dòng)程序所提供的函數(shù)。

　　3 PCI9054驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

　　Linux下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編寫應(yīng)遵循一定的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行，大致可分為模塊的加載與卸載、設(shè)備的初始化、設(shè)備的打開及操作、中斷處理和設(shè)備的釋放等幾部分。

　　3．1 模塊的加載與初始化

　　當(dāng)Linux內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)，會完成對所有PCI設(shè)備的掃描、登錄和資源分配等初始化操作，并建立起所有PCI設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此后，在加載PCI驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，就會通過加載驅(qū)動(dòng)程序模塊入口跳轉(zhuǎn)到設(shè)備初始化模塊。Linux2．4內(nèi)核與Linux2．6內(nèi)核的初始化方式是不同的，在Linux-2．4內(nèi)核中，初始化程序首先會使用pci_present函數(shù)來判斷PCI總線是否被內(nèi)核支持，然后使用register_chrdev函數(shù)來注冊設(shè)備，這樣就可以輪詢PCI總線上的設(shè)備，并利用pci_find_device函數(shù)檢查設(shè)備是否插在總線插槽上。如果在，則保存其所占用的插槽位置信息，并返回pci_dev結(jié)構(gòu)，然后將pci_dev結(jié)構(gòu)加入到設(shè)備鏈表中，直到輪詢完畢。圖1所示是Linux下PCI驅(qū)動(dòng)程序的流程圖。