10_RK3399_PCIe_Host驱动分析_设备枚举#

RK3399_PCIe_Host驱动分析_设备枚举#

参考资料：

开发板资料：

  • https://wiki.t-firefly.com/zh_CN/ROC-RK3399-PC-PLUS/

本课程分析的文件：

  • linux-4.4_rk3399\drivers\pci\host\pcie-rockchip.c

1. PCIe控制器的资源#

上节视频我们分析了PCIe控制器驱动程序pcie-rockchip.c，它解析了设备树，得到了如下资源：

  • 总线资源：就是总线号，从0到0x1f

  • 内存资源：CPU地址基地址为0xfa000000，PCI地址基地址为0xfa000000，大小为0x1e00000

  • IO资源：CPU地址基地址为0xfbe00000，PCI地址基地址为0xfbe00000，大小为0x100000

这3类资源记录在链表中：

image-20220106102119348

解析设备树时，把资源记录在这个链表里：

image-20220106102303015

res链表中记录的资源最终会放到pci_bus->bridge->windows链表里，如下图记录：

image-20220106162022018

2. 设备配置空间#

本节内容参考：PCI_SPEV_V3_0.pdf

使用PCI/PCIe的目的，就是为了简单地访问它：像读写内存一样读写PCI/PCIe设备。

提问：

  • 使用哪些地址读写设备？

  • 这些地址的范围有多大？

  • 是像内存一样访问它，还是像IO一样访问它？

每个PCI/PCIe设备都有配置空间，就是一系列的寄存器，对于普通的设备，它的配置空间格式如下。

里面有：

  • 设备ID

  • 厂家ID

  • Class Code：哪类设备？存储设备？显示设备？等待

  • 6个Base Address Register：

image-20211117140817516

2.1 设备信息#

  • Vendor ID：厂家ID，PCI SIG组织给每个厂家都分配了一个独一的ID

  • Device ID：厂家给自己的某类产品分配一个Device ID

  • Revision ID：厂家自定义的版本号，可以认为是Device ID的延伸

  • Header Type：

    • b[7]: 1-它是一个多功能设备(“multi-function”)，0-它是单功能设备(“single-function”)

    • b[6:0]: 00h-普通设备, 01h-桥设备，这个取值也决定了配置空间中偏移地址10h开始处的含义 image-20220106092929107

  • Class Code：这是只读的寄存器，它含有3个字节，用来表明设备的功能，它分为3部分

    • 最高字节：表示”base class”，用来表示它属于内存卡、显卡等待

    • 中间字节：表示”sub-class”，再细分一下类别

    • 最低字节：用来表示寄存器级别的编程接口”Interface”

    • 示例如下：Base Class为01h时，表示它是一个存储设备，但是还可以继续使用sub-class、Interface细分 image-20220106094233596

2.2 基地址(Base Address)#

普通的PCI/PCIe设备有6个基地址寄存器，简称为BAR：

image-20220106094822299

BAR用于：

  • 声明需要什么类型的空间：内存、IO、32位地址、64位地址？

  • 声明需要的空间有多大

  • 保存主控分配给它的PCI空间基地址

地址空间可以分为两类：内存(Memory)、IO：

  • 对于内存，写入什么值读出就是什么值，可以提前读取

  • 对于IO，它反应的是硬件当前的状态，每个时刻读到的值不一定相同

BAR的格式如下：

  • 用于内存空间

image-20220106100241585

  • 用于IO空间：

image-20220106100318426

BAR怎么表示它想申请多大的空间？以32位地址为例：

  • 软件往BAR写入0xFFFFFFFF

  • 软件读BAR

  • 读出的数值假设为0xFFF0,000?，忽略最低的4位，就得到：0xFFF0,0000

    • 这表示BAR中可以写入的”Base Address”只有最高的12位

    • 也就表示了最低的20位是可以变化的范围，所以这个空间大小为2^20=1M Byte

如果BAR表示它使用32位的地址，那么BAR0~BAR5可以分别表示6个地址空间。

如果BAR表示它使用64位的地址，那么BAR0和BAR1、BAR2和BAR3、BAR4和BAR5分别表示3个地址空间：

  • 低序号的BAR表示64位地址的低32位

  • 高序号的地址表示64位地址的高32位。

3. 扫描设备的过程#

3.1 核心: 构造pci_dev#

扫描PCIe总线，对每一个PCIe桥、PCIe设备，都构造出对应的pci_dev：

  • 填充pci_dev的各项成员，比如VID、PID、Class等

  • 分配地址空间、写入PCIe设备

pci_dev结构体如下：

image-20220106112538571

对应pci_dev结构体里的设备信息：读取PCI设备的配置空间即可获得。

对应pci_dev结构体里的资源，本节课程先不分析irq。对于resource结构体，每个成员对应一个BAR。

resource结构体如下，要注意的是：里面记录的start、end等，是基于CPU角度看待的。也就是说，如果记录的是内存地址、IO地址，那么是CPU地址，不是PCI地址。并且这些地址是物理地址，要在软件中使用它们要先执行ioremap。

image-20220106112818930

3.2 代码分析#

我们要找到这4个核心代码：

  • 分配pci_dev

  • 读取PCIe设备的配置空间，填充pci_dev中的设备信息

  • 根据PCIe设备的BAR，得知它想申请什么类型的地址、多大？

  • 分配地址，写入BAR

关键代码分为两部分：

  • 读信息、得知PCIe设备想申请多大的空间

    rockchip_pcie_probe
    bus = pci_scan_root_bus(&pdev->dev, 0, &rockchip_pcie_ops, rockchip, &res);
		pci_scan_root_bus_msi
            pci_scan_child_bus
            	pci_scan_slot
            		dev = pci_scan_single_device(bus, devfn);
						dev = pci_scan_device(bus, devfn);
							struct pci_dev *dev;
							dev = pci_alloc_dev(bus);
							pci_setup_device
                                pci_read_bases(dev, 6, PCI_ROM_ADDRESS);	
                        pci_device_add(dev, bus);

  • 分配空间

rockchip_pcie_probe
	pci_bus_size_bridges(bus);
	pci_bus_assign_resources(bus);
		__pci_bus_assign_resources
            pbus_assign_resources_sorted
            	/* pci_dev->resource[]里记录有想申请的资源的大小, 
            	 * 把这些资源按对齐的要求排序
            	 * 比如资源A要求1K地址对齐，资源B要求32地址对齐
            	 * 那么资源A排在资源B前面, 优先分配资源A
            	 */
                list_for_each_entry(dev, &bus->devices, bus_list)
                    __dev_sort_resources(dev, &head);
				// 分配资源
				__assign_resources_sorted
                    assign_requested_resources_sorted(head, &local_fail_head);
3.2.1 分配pci_dev结构#

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3.2.2 读取设备信息#

image-20220106114243209

在pci_scan_device函数中，会先尝试读取VID、PID，成功的话才会继续调用pci_setup_device：

image-20220106114505761

在pci_setup_device内部，会继续读取其他信息：

image-20220106114658658

3.2.3 读BAR#

image-20220106115246161

image-20220106115501793

pci_read_bases函数代码分析：

image-20220106115858880

pci_read_bases函数又会调用__pci_read_base，__pci_read_base只是读BAR，算出想申请的空间的大小：

  • 读BAR，保留原值

  • 写0xFFFFFFFF到BAR

  • 在读出来，解析出所需要的地址空间大小，记录在pci_dev->resource[ ]里

    • pci_dev->resource[ ].start = 0;

    • pci_dev->resource[ ].end = size - 1;

把前面讲过的贴出来，有助于理解代码：

BAR怎么表示它想申请多大的空间？以32位地址为例：

  • 软件往BAR写入0xFFFFFFFF

  • 软件读BAR

  • 读出的数值假设为0xFFF0,000?，忽略最低的4位，就得到：0xFFF0,0000

    • 这表示BAR中可以写入的”Base Address”只有最高的12位

    • 也就表示了最低的20位是可以变化的范围，所以这个空间大小为2^20=1M Byte

以下是__pci_read_bases函数的代码分析。

  • 得到大小(原始数据，需要进一步解析)：比如下列代码中sz被赋值为0xFFF0,000?，需要进一步解析

image-20220106151603798

3.2.4 分配地址空间#

这部分代码的函数调用非常深，我们抓住2个问题即可：

  • 从哪里分配得到地址空间？

    • 在设备树里指明了CPU地址、PCI地址的对应关系，这些作为”资源”记录在pci_bus里

    • 读BAR时，在pci_dev->resource[]里记录了它想申请空间的大小

  • 分配得到的基地址，要写入BAR

代码调用关系如下：

  • 把要申请的资源, 按照对齐要求排序，然后调用assign_requested_resources_sorted，代码如下：

    /* 把要申请的资源, 按照对齐要求排序
 * 然后调用assign_requested_resources_sorted
 */

rockchip_pcie_probe
	pci_bus_size_bridges(bus);
	pci_bus_assign_resources(bus);
		__pci_bus_assign_resources
            pbus_assign_resources_sorted
            	/* pci_dev->resource[]里记录有想申请的资源的大小, 
            	 * 把这些资源按对齐的要求排序
            	 * 比如资源A要求1K地址对齐，资源B要求32地址对齐
            	 * 那么资源A排在资源B前面, 优先分配资源A
            	 */
                list_for_each_entry(dev, &bus->devices, bus_list)
                    __dev_sort_resources(dev, &head);
				// 分配资源
				__assign_resources_sorted
                    assign_requested_resources_sorted(head, &local_fail_head);

  • assign_requested_resources_sorted函数做两件事

    • 分配地址空间

    • 把这块空间对应的PCI地址写入PCIe设备的BAR

    • 代码如下：

      assign_requested_resources_sorted(head, &local_fail_head);
    pci_assign_resource
        ret = _pci_assign_resource(dev, resno, size, align);
        	// 分配地址空间
            __pci_assign_resource
                pci_bus_alloc_resource
                    pci_bus_alloc_from_region
                        /* Ok, try it out.. */
                        ret = allocate_resource(r, res, size, ...);
                            err = find_resource(root, new, size,...);
                                __find_resource
                                    
                                    // 从资源链表中分配地址空间
                                    // 设置pci_dev->resource[]
                                    new->start = alloc.start;
                                    new->end = alloc.end;
            // 把对应的PCI地址写入BAR
            pci_update_resource(dev, resno);
                pci_std_update_resource
                    /* 把CPU地址转换为PCI地址: PCI地址 = CPU地址 - offset 
                     * 写入BAR
                     */
                    pcibios_resource_to_bus(dev->bus, &region, res);
                    new = region.start;
                    reg = PCI_BASE_ADDRESS_0 + 4 * resno;
                    pci_write_config_dword(dev, reg, new);