Linux PCI和PCIe总线

2021-04-08 10:33:19 阅读：412 来源： 互联网

1 PCIe中断
- PCI/PCIe设备中断都是level触发，并且请求信号为低电平有效
- PCI总线一般只有INTA#到INTD#的4个中断引脚，所以PCI多功能设备的func一般不会超过4个，但是共享中断除外

2 IOMMU和SMMU
2.1 x86 IOMMU
（1）Native时将PCIe总线地址（ARM叫IPA地址）转换成存储器物理地址
（2）Hypervisor时根据来的BDF（DMA源或目的ID）将DMA GPA转换成HPA（DRAM物理地址）
（3）Hypervisor时物理中断投送给pCPU的LAPIC（读作ei pik），然后pCPU根据BDF将物理中断翻译成虚拟中断，再注入（inject）在其上运行的vCPU的vLAPIC
（4）获取vm-exit的退出原因：exit_qualification = vmcs_readl(EXIT_QUALIFICATION)

2.2 ARM中断虚拟化
（1）在虚拟化系统中，physical CPU interface和hypervisor interface属于VMM控制
（2）VMM通过physical CPU inteface接收物理中断
（3）VMM通过hypervisor interface配置virtual CPU interface向虚拟机注入（inject）虚拟中断
（4）GuestOS通过virtual CPU interface接收虚拟中断并处理

2.3 IOMMU和SMMU的驱动程序
QNX中配置IOMMU的软件服务是smmuman (QNX system memory management unit manager)，qvm进程的作用类似于QEMU。
Linux QEMU透传PCI/PCIe的驱动框架是VFIO（Virtual Function I/O）。

3 Linux x86 PCIe调试
3.1 PCIe设备分类
- RC，BDF为00:00.0
- bridge就像hub，一般是个多功能的设备，传递数据需要仲裁，比较慢
- switch就像交换机，PCIe规范中引入，比较快
- endpoint，x86主板上内置设备的总线号一般为0，而外挂EP的总线号一般从1开始
Figure 3-1 Type0 Header

Figure 3-2 Type1 Header

3.2 基本概念
- PCIe QOS：TC（Traffic Class），TC的值从0到7，值越大，优先级越高，类似于支持AVB的EtherSwitch，因为PCIe设计之初主要是针对于音视频应用；一个TC对应一个VC buffer（Virtual Channel），如果只有一个VC buffer，那么设置的TC值无效
- PCIe超过256字节的配置空间需要找到基地址，在MMCFG中，偏移44字节（0x2c），长度为8个字节，而MCFG可以通过acpidump找到
- PCIe的domain在内核代码中叫segment，可以通过pci_domain_nr()获得
- dev号（也叫slot）和func号一般通过宏PCI_DEVFN()合并成一个字节
- 因为PCI规范允许单个系统拥有高达256个总线，所以总线编号是8位。但对于大型系统而言，这是不够的，所以，引入了域的概念，每个PCI域可以拥有最多256个总线，每个总线上可支持32个设备，所以设备号是5位，而每个设备上最多可有8种功能，所以功能号是3位
- I210一般连接在pcieport的Lane0

3.3 LTSSM状态的查询
- PCIESTS1 offset：328h
- PCIe的LTSSM控制寄存器一般位于bridge的配置空间中（x86或者synopsys）或者RC的私有的寄存器（qcom）
- 读取EP的上一级bridge的config space的0x328（假如EP直接连在RC的port上，读取RC私有的寄存器），就可以获得下一级EP的LTSSM状态。譬如读取bridge（00:13.0）的下一级EP状态：peeknpoke b r 0x00 13 0 328

CONFIG_PCI_MMCONFIG=y
arch/i386/pci/init.c
arch/i386/pci/mmconfig.c
pci_access_init()

QNX读取桥配置空间0x328的方法：
pci-tool -D 0x5ada -vvvvv
pci-tool -d 0:19:2 --read=CFG:0x328

3.4 LTSSM链路训练结果
通过访问PCIe桥的配置寄存器获得
Link Capabilities：配置空间0x4c
Link Control；Link Status：配置空间0x50

3.5 re-enumeration
echo 1 > /sys/bus/pci/devices/0000:00:00.0/remove
echo 1 > /sys/bus/pci/rescan
echo 1 > /sys/bus/pci/drivers/pcieport/0000:00:13.0/rescan

3.6 procfs
proc_create()
remove_proc_entry()

3.7 x86 MIPI60
Blackhawk USB560v2

4 ARM PCIe
4.1 MSM RC
drivers/pci/host/pci-msm.c
qcom平台上每个RC属于一个domain（PCIe规范叫segment），并且每个RC只连接一个EP。
Figure 4-1 qcom RC拓扑图

4.2 MSM ep_pcie
msm/ep_pcie
ep_pcie_enumeration()

5 PCI用户空间编程 - libpci
5.1 Android libpci库
external/pciutils

5.2 libpci判断一个PCI设备是不是PCIe
capability ID参考：include/uapi/linux/pci_regs.h
参数ptr是配置空间偏移0x34地址指向的一个字节。
static bool pci_is_pcie(struct pci_dev *pdev, unsigned char ptr)
{
    unsigned int value;
    unsigned int next_ptr;
    unsigned int cap_id;

  next_ptr = ptr;
    if (0 == ptr) {
        return false;
    }
    do {
        value = pci_read_long(pdev, next_ptr);
        next_ptr = (value >> 8) & 0xff;
        cap_id = value & 0xff;
        /* PCI Express Capability Structure */
        if (cap_id == 0x10) {
            return true;
        }
    } while (next_ptr);

  return false;
}

6 x86 GPIO
PCH（Platform Controller Hub）上大部分设备可以通过PCIe或IO方式访问，但PCH上部分设备需要访问PCH的私有空间，这部分空间通过P2SB（Primary to SideBand）的SBREG_BAR寄存器映射到内存空间，这段空间被称为PCR（PCH Private Configuration Space Register）。每个设备对应一个PortID，PortID表示设备在PCR空间的偏移量，在加上寄存器偏移就可以获取寄存器的地址。

x86 GPIO寄存器位于PCH的私有空间。GPIO被分组，每组对应一个PCR的PortID。GPIO community和PortID的对应关系如下所示。
SouthWest: 0xC0
NorthWest: 0xC4
North: 0xC5
West: 0xC7

7 Windows PCIe工具软件
Mindshare的Arbor
Teledyne LeCroy的TeleScan PE

8 Abbreviations
ATU：Address Translation Unit
BDF：Bus，Device，Function
MEI：Intel Management Engine Interface；一个独立的子系统，使用ARC处理器，OS是Minix 3，固件整合到BIOS中，通过PCI桥片在x86端访问ARC的local端
overhead：开销，包头包尾等由协议层而不是应用层添加的字节，也就是说，一个PCIe包中除了payload之外的附加字节（ACK、CRC等）都叫overhead
P2SB：x86 Primary to Sideband
PCIe bifurcation：分叉
RC：Root Complex，执行存储器域地址到PCIe域地址的翻译，ATU被配置好后，CPU将要访问的地址发给ATU，ATU翻译后生成TLP包发给对应的Endpoint
TLP：Transaction Layer Packet，TLP中包含BDF号或者要寻址的内存和IO地址及其范围
VMCS：Virtual Machine Control Structure

标签：PCI,x86,Linux,PCIe,pci,RC,ptr
来源： https://blog.csdn.net/zoosenpin/article/details/115504042

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