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标题: Linux下PCI设备驱动程序开发（3）PCI驱动程序实现-2 [打印本页]

作者: look_w 时间: 2018-5-7 19:48 标题: Linux下PCI设备驱动程序开发（3）PCI驱动程序实现-2

3. 初始化设备模块在Linux系统下，想要完成对一个PCI设备的初始化，需要完成以下工作：

检查PCI总线是否被Linux内核支持；
检查设备是否插在总线插槽上，如果在的话则保存它所占用的插槽的位置等信息。
读出配置头中的信息提供给驱动程序使用。

当Linux内核启动并完成对所有PCI设备进行扫描、登录和分配资源等初始化操作的同时，会建立起系统中所有PCI设备的拓扑结构，此后当PCI驱动程序需要对设备进行初始化时，一般都会调用如下的代码：

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static int __init demo_init_module (void)
{
/* 检查系统是否支持PCI总线 */
if (!pci_present())
      return -ENODEV;
/* 注册硬件驱动程序 */
if (!pci_register_driver(&demo_pci_driver)) {
      pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);
            return -ENODEV;
}
/* ... */

return 0;
}

驱动程序首先调用函数pci_present( )检查PCI总线是否已经被Linux内核支持，如果系统支持PCI总线结构，这个函数的返回值为0，如果驱动程序在调用这个函数时得到了一个非0的返回值，那么驱动程序就必须得中止自己的任务了。在2.4以前的内核中，需要手工调用pci_find_device( )函数来查找PCI设备，但在2.4以后更好的办法是调用pci_register_driver( )函数来注册PCI设备的驱动程序，此时需要提供一个pci_driver结构，在该结构中给出的probe探测例程将负责完成对硬件的检测工作。

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static int __init demo_probe(struct pci_dev *pci_dev, const struct pci_device_id *pci_id)
{
struct demo_card *card;
/* 启动PCI设备 */
if (pci_enable_device(pci_dev))
      return -EIO;
/* 设备DMA标识 */
if (pci_set_dma_mask(pci_dev, DEMO_DMA_MASK)) {
      return -ENODEV;
}
/* 在内核空间中动态申请内存 */
if ((card = kmalloc(sizeof(struct demo_card), GFP_KERNEL)) == NULL) {
      printk(KERN_ERR "pci_demo: out of memory\n");
      return -ENOMEM;
}
memset(card, 0, sizeof(*card));
/* 读取PCI配置信息 */
card->iobase = pci_resource_start (pci_dev, 1);
card->pci_dev = pci_dev;
card->pci_id = pci_id->device;
card->irq = pci_dev->irq;
card->next = devs;
card->magic = DEMO_CARD_MAGIC;
/* 设置成总线主DMA模式 */
pci_set_master(pci_dev);
/* 申请I/O资源 */
request_region(card->iobase, 64, card_names[pci_id->driver_data]);
return 0;
}

4. 打开设备模块在这个模块里主要实现申请中断、检查读写模式以及申请对设备的控制权等。在申请控制权的时候，非阻塞方式遇忙返回，否则进程主动接受调度，进入睡眠状态，等待其它进程释放对设备的控制权。

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static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
/* 申请中断，注册中断处理程序 */
request_irq(card->irq, &demo_interrupt, SA_SHIRQ,
      card_names[pci_id->driver_data], card)) {
/* 检查读写模式 */
if(file->f_mode & FMODE_READ) {
      /* ... */
}
if(file->f_mode & FMODE_WRITE) {
   /* ... */
}

/* 申请对设备的控制权 */
down(&card->open_sem);
while(card->open_mode & file->f_mode) {
      if (file->f_flags & O_NONBLOCK) {
         /* NONBLOCK模式，返回-EBUSY */
         up(&card->open_sem);
         return -EBUSY;
      } else {
         /* 等待调度，获得控制权 */
         card->open_mode |= f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE);
         up(&card->open_sem);
         /* 设备打开计数增1 */
         MOD_INC_USE_COUNT;
         /* ... */
      }
}
}

5. 数据读写和控制信息模块PCI设备驱动程序可以通过demo_fops 结构中的函数demo_ioctl( )，向应用程序提供对硬件进行控制的接口。例如，通过它可以从I/O寄存器里读取一个数据，并传送到用户空间里：

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static int demo_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,
   unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
/* ... */

switch(cmd) {
      case DEMO_RDATA:
         /* 从I/O端口读取4字节的数据 */
         val = inl(card->iobae + 0x10);

/* 将读取的数据传输到用户空间 */
         return 0;
}

/* ... */
}

事实上，在demo_fops里还可以实现诸如demo_read( )、demo_mmap( )等操作，Linux内核源码中的driver目录里提供了许多设备驱动程序的源代码，找那里可以找到类似的例子。在对资源的访问方式上，除了有I/O指令以外，还有对外设I/O内存的访问。对这些内存的操作一方面可以通过把I/O内存重新映射后作为普通内存进行操作，另一方面也可以通过总线主DMA（Bus Master DMA）的方式让设备把数据通过DMA传送到系统内存中。
6. 中断处理模块PC的中断资源比较有限，只有0~15的中断号，因此大部分外部设备都是以共享的形式申请中断号的。当中断发生的时候，中断处理程序首先负责对中断进行识别，然后再做进一步的处理。

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static void demo_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
struct demo_card *card = (struct demo_card *)dev_id;
u32 status;
spin_lock(&card->lock);
/* 识别中断 */
status = inl(card->iobase + GLOB_STA);
if(!(status & INT_MASK))
{
      spin_unlock(&card->lock);
      return;  /* not for us */
}
/* 告诉设备已经收到中断 */
outl(status & INT_MASK, card->iobase + GLOB_STA);
spin_unlock(&card->lock);

/* 其它进一步的处理，如更新DMA缓冲区指针等 */
}

7. 释放设备模块释放设备模块主要负责释放对设备的控制权，释放占用的内存和中断等，所做的事情正好与打开设备模块相反：

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static int demo_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
/* ... */

/* 释放对设备的控制权 */
card->open_mode &= (FMODE_READ | FMODE_WRITE);

/* 唤醒其它等待获取控制权的进程 */
wake_up(&card->open_wait);
up(&card->open_sem);

/* 释放中断 */
free_irq(card->irq, card);

/* 设备打开计数增1 */
MOD_DEC_USE_COUNT;

/* ... */
}

8. 卸载设备模块卸载设备模块与初始化设备模块是相对应的，实现起来相对比较简单，主要是调用函数pci_unregister_driver( )从Linux内核中注销设备驱动程序：

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static void __exit demo_cleanup_module (void)
{
pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);
}

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