背 景
Read the fucking source code!--By 魯迅A picture is worth a thousand words.--By 高爾基
說明：
- Kernel版本：4.14
- ARM64處理器
- 使用工具：Source Insight 3.5， Visio
1. 概述
先回顧一下PCIe的架構圖：
- 本文將講PCIe Host的驅動，對應為
Root Complex部分，相當于PCI的Host Bridge部分； - 本文會選擇Xilinx的
nwl-pcie來進行分析； - 驅動的撰寫整體偏簡單，往現有的框架上套就可以了，因此不會花太多筆墨，點到為止；
2. 流程分析
- 但凡涉及到驅動的分析，都離不開驅動模型的介紹，驅動模型的實作讓具體的驅動開發變得更容易；
- 所以，還是回顧一下上篇文章提到的驅動模型：Linux內核建立了一個統一的設備模型，分別采用總線、設備、驅動三者進行抽象，其中設備與驅動都掛在總線上，當有新的設備注冊或者新的驅動注冊時，總線會去進行匹配操作（
match函式），當發現驅動與設備能進行匹配時，就會執行probe函式的操作；
《Linux PCI驅動框架分析（二）》中提到過PCI設備、PCI總線和PCI驅動的創建，PCI設備和PCI驅動掛接在PCI總線上，這個理解很直觀，針對PCIe的控制器來說，同樣遵循設備、總線、驅動的匹配模型，不過這里的總線是由虛擬總線platform總線來替代，相應的設備和驅動分別為platform_device和platform_driver；
那么問題來了，platform_device是在什么時候創建的呢？那就不得不提到Device Tree設備樹了，
2.1 Device Tree
- 設備樹用于描述硬體的資訊，包含節點各類屬性，在dts檔案中定義，最侄訓被編譯成dtb檔案加載到記憶體中；
- 內核會在啟動程序中去決議dtb檔案，決議成
device_node描述的Device Tree； - 根據
device_node節點，創建platform_device結構，并最終注冊進系統，這個也就是PCIe Host設備的創建程序；
我們看看PCIe Host的設備樹內容：
pcie: pcie@fd0e0000 {
compatible = "xlnx,nwl-pcie-2.11";
status = "disabled";
#address-cells = <3>;
#size-cells = <2>;
#interrupt-cells = <1>;
msi-controller;
device_type = "pci";
interrupt-parent = <&gic>;
interrupts = <0 118 4>,
<0 117 4>,
<0 116 4>,
<0 115 4>, /* MSI_1 [63...32] */
<0 114 4>; /* MSI_0 [31...0] */
interrupt-names = "misc", "dummy", "intx", "msi1", "msi0";
msi-parent = <&pcie>;
reg = <0x0 0xfd0e0000 0x0 0x1000>,
<0x0 0xfd480000 0x0 0x1000>,
<0x80 0x00000000 0x0 0x1000000>;
reg-names = "breg", "pcireg", "cfg";
ranges = <0x02000000 0x00000000 0xe0000000 0x00000000 0xe0000000 0x00000000 0x10000000 /* non-prefetchable memory */
0x43000000 0x00000006 0x00000000 0x00000006 0x00000000 0x00000002 0x00000000>;/* prefetchable memory */
bus-range = <0x00 0xff>;
interrupt-map-mask = <0x0 0x0 0x0 0x7>;
interrupt-map = <0x0 0x0 0x0 0x1 &pcie_intc 0x1>,
<0x0 0x0 0x0 0x2 &pcie_intc 0x2>,
<0x0 0x0 0x0 0x3 &pcie_intc 0x3>,
<0x0 0x0 0x0 0x4 &pcie_intc 0x4>;
pcie_intc: legacy-interrupt-controller {
interrupt-controller;
#address-cells = <0>;
#interrupt-cells = <1>;
};
};
關鍵欄位描述如下：
compatible：用于匹配PCIe Host驅動；msi-controller：表示是一個MSI（Message Signaled Interrupt）控制器節點，這里需要注意的是，有的SoC中斷控制器使用的是GICv2版本，而GICv2并不支持MSI，所以會導致該功能的缺失；device-type：必須是"pci"；interrupts：包含NWL PCIe控制器的中斷號；interrupts-name：msi1, msi0用于MSI中斷，intx用于舊式中斷，與interrupts中的中斷號對應；reg：包含用于訪問PCIe控制器操作的暫存器物理地址和大小；reg-name：分別表示Bridge registers，PCIe Controller registers，Configuration space region，與reg中的值對應；ranges：PCIe地址空間轉換到CPU的地址空間中的范圍；bus-range：PCIe總線的起始范圍；interrupt-map-mask和interrupt-map：標準PCI屬性，用于定義PCI介面到中斷號的映射；legacy-interrupt-controller：舊式的中斷控制器；
2.2 probe流程
- 系統會根據dtb檔案創建對應的platform_device并進行注冊；
- 當驅動與設備通過
compatible欄位匹配上后，會呼叫probe函式，也就是nwl_pcie_probe；
看一下nwl_pcie_probe函式：
- 通常probe函式都是進行一些初始化操作和注冊操作：
- 初始化包括：資料結構的初始化以及設備的初始化等，設備的初始化則需要獲取硬體的資訊（比如暫存器基地址，長度，中斷號等），這些資訊都從DTS而來；
- 注冊操作主要是包含中斷處理函式的注冊，以及通常的設備檔案注冊等;
- 針對PCI控制器的驅動，核心的流程是需要分配并初始化一個
pci_host_bridge結構，最終通過這個bridge去列舉PCI總線上的所有設備； devm_pci_alloc_host_bridge：分配并初始化一個基礎的pci_hsot_bridge結構；nwl_pcie_parse_dt：獲取DTS中的暫存器資訊及中斷資訊，并通過irq_set_chained_handler_and_data設定intx中斷號對應的中斷處理函式，該處理函式用于中斷的級聯；nwl_pcie_bridge_init：硬體的Controller一堆設定，這部分需要去查閱Spec，了解硬體作業的細節，此外，通過devm_request_irq注冊misc中斷號對應的中斷處理函式，該處理函式用于控制器自身狀態的處理；pci_parse_request_of_pci_ranges：用于決議PCI總線的總線范圍和總線上的地址范圍，也就是CPU能看到的地址區域；nwl_pcie_init_irq_domain和mwl_pcie_enable_msi與中斷級聯相關，下個小節介紹；pci_scan_root_bus_bridge：對總線上的設備進行掃描列舉，這個流程在Linux PCI驅動框架分析（二）中分析過，brdige結構體中的pci_ops欄位，用于指向PCI的讀寫操作函式集，當具體掃描到設備要讀寫配置空間時，呼叫的就是這個函式，由具體的Controller驅動實作；
2.3 中斷處理
PCIe控制器，通過PCIe總線連接各種設備，因此它本身充當一個中斷控制器，級聯到上一層的中斷控制器（比如GIC），如下圖：
- PCIe總線支持兩種中斷的處理方式：
- Legacy Interrupt：總線提供
INTA#, INTB#, INTC#, INTD#四根中斷信號，PCI設備借助這四根信號使用電平觸發方式提交中斷請求； - MSI(
Message Signaled Interrupt) Interrupt：基于訊息機制的中斷，也就是往一個指定地址寫入特定訊息，從而觸發一個中斷；
- Legacy Interrupt：總線提供
針對兩種處理方式，NWL PCIe驅動中，實作了兩個irq_chip，也就是兩種方式的中斷控制器：
irq_domain對應一個中斷控制器（irq_chip），irq_domain負責將硬體中斷號映射到虛擬中斷號上；- 來一張舊圖吧，具體文章可以去參考中斷子系統相關文章；
再來看一下nwl_pcie_enable_msi函式：
- 在該函式中主要完成的作業就是設定級聯的中斷處理函式，級聯的中斷處理函式中最侄訓去呼叫具體的設備的中斷處理函式；
所以，稍微匯總一下，作為兩種不同的中斷處理方式，套路都是一樣的，都是創建irq_chip中斷控制器，為該中斷控制器添加irq_domain，具體設備的中斷回應流程如下：
- 設備連接在PCI總線上，觸發中斷時，通過PCIe控制器充當的中斷控制器路由到上一級控制器，最終路由到CPU；
- CPU在處理PCIe控制器的中斷時，呼叫它的中斷處理函式，也就是上文中提到過的
nwl_pcie_leg_handler，nwl_pcie_msi_handler_high，和nwl_pcie_leg_handler_low； - 在級聯的中斷處理函式中，呼叫
chained_irq_enter進入中斷級聯處理； - 呼叫
irq_find_mapping找到具體的PCIe設備的中斷號； - 呼叫
generic_handle_irq觸發具體的PCIe設備的中斷處理函式執行； - 呼叫
chained_irq_exit退出中斷級聯的處理；
2.4 總結
- PCIe控制器驅動，各家的IP實作不一樣，驅動的差異可能會很大，單獨分析一個驅動畢竟只是個例，應該去掌握背后的通用框架；
- 各類驅動，大體都是硬體初始化配置，資源申請注冊，核心是處理與硬體的互動（一般就是中斷的處理），如果需要用戶來互動的，則還需要注冊設備檔案，實作一堆
file_operation操作函式集； - 好吧，我個人不太喜歡分析某個驅動，草草收場了；
下篇開始，繼續回歸到虛擬化，期待一下吧，
參考
Documentation/devicetree/bindings/pci/xlinx-nwl-pcie.txt
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