深入分析Linux PCI驅動框架（三）
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；驅動的編寫整體偏簡單，往現(xiàn)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，驅動模型的實現(xiàn)讓具體的驅動開發(fā)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(tǒng)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函數(shù)），當發(fā)現(xiàn)驅動與設備能進行匹配時，就會執(zhí)行probe函數(shù)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(chuàng)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(chuàng)建的呢？那就不得不提到Device Tree設備樹了。
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2.1 Device Tree
設備樹用于描述硬件的信息，包含節(jié)點各類屬性，在dts文件中定義，最終會被編譯成dtb文件加載到內存中；
內核會在啟動過程中去解析dtb文件，解析成
device_node描述的Device Tree；根據(jù)
device_node節(jié)點，創(chuàng)建platform_device結構，并最終注冊進系統(tǒng)，這個也就是PCIe Host設備的創(chuàng)建過程；
我們看看PCIe Host的設備樹內容：
關鍵字段描述如下：
compatible：用于匹配PCIe Host驅動；msi-controller：表示是一個MSI（Message Signaled Interrupt）控制器節(jié)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控制器操作的寄存器物理地址和大??；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接口到中斷號的映射；legacy-interrupt-controller：舊式的中斷控制器；
2.2 probe流程
系統(tǒng)會根據(jù)dtb文件創(chuàng)建對應的platform_device并進行注冊；
當驅動與設備通過
compatible字段匹配上后，會調用probe函數(shù)，也就是nwl_pcie_probe；
看一下nwl_pcie_probe函數(shù)：
通常probe函數(shù)都是進行一些初始化操作和注冊操作：
初始化包括：數(shù)據(jù)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件的信息（比如寄存器基地址，長度，中斷號等），這些信息都從DTS而來；
注冊操作主要是包含中斷處理函數(shù)的注冊，以及通常的設備文件注冊等;
?
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去枚舉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中的寄存器信息及中斷信息，并通過irq_set_chained_handler_and_data設置intx中斷號對應的中斷處理函數(shù)，該處理函數(shù)用于中斷的級聯(lián)；nwl_pcie_bridge_init：硬件的Controller一堆設置，這部分需要去查閱Spec，了解硬件工作的細節(jié)。此外，通過devm_request_irq注冊misc中斷號對應的中斷處理函數(shù)，該處理函數(shù)用于控制器自身狀態(tài)的處理；pci_parse_request_of_pci_ranges：用于解析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(qū)域；nwl_pcie_init_irq_domain和mwl_pcie_enable_msi與中斷級聯(lián)相關，下個小節(jié)介紹；pci_scan_root_bus_bridge：對總線上的設備進行掃描枚舉，這個流程在《Linux PCI驅動框架分析（二）》brdige結構體中的pci_ops字段，用于指向PCI的讀寫操作函數(shù)集，當具體掃描到設備要讀寫配置空間時，調用的就是這個函數(shù)，由具體的Controller驅動實現(xiàn)；
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(lián)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(fā)方式提交中斷請求；MSI(
Message Signaled Interrupt) Interrupt：基于消息機制的中斷，也就是往一個指定地址寫入特定消息，從而觸發(fā)一個中斷；
針對兩種處理方式，NWL PCIe驅動中，實現(xiàn)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負責將硬件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(tǒng)相關文章；
再來看一下nwl_pcie_enable_msi函數(shù)：
在該函數(shù)中主要完成的工作就是設置級聯(lián)的中斷處理函數(shù)，級聯(lián)的中斷處理函數(shù)中最終會去調用具體的設備的中斷處理函數(shù)；
?
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(chuàng)建irq_chip中斷控制器，為該中斷控制器添加irq_domain，具體設備的中斷響應流程如下：
設備連接在PCI總線上，觸發(fā)中斷時，通過PCIe控制器充當?shù)闹袛嗫刂破髀酚傻缴弦患壙刂破?，最終路由到CPU；
CPU在處理PCIe控制器的中斷時，調用它的中斷處理函數(shù)，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(lián)的中斷處理函數(shù)中，調用
chained_irq_enter進入中斷級聯(lián)處理；調用
irq_find_mapping找到具體的PCIe設備的中斷號；調用
generic_handle_irq觸發(fā)具體的PCIe設備的中斷處理函數(shù)執(zhí)行；調用
chained_irq_exit退出中斷級聯(lián)的處理；
2.4 總結
PCIe控制器驅動，各家的IP實現(xiàn)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，大體都是硬件初始化配置，資源申請注冊，核心是處理與硬件的交互（一般就是中斷的處理），如果需要用戶來交互的，則還需要注冊設備文件，實現(xiàn)一堆
file_operation操作函數(shù)集；
原文作者：LoyenWang
