09-PCI设备驱动的组成
21.2.1 PCI设备驱动的组成
从本质上讲PCI只是一种总线，具体的PCI设备可以是字符设备、网络设备、USB主机控制器等，因此，一个通过PCI总线与系统连接的设备的驱动至少包含以下两部分内容。
● PCI驱动。
● 设备本身的驱动。
PCI驱动只是为了辅助设备本身的驱动，它不是目的，而是手段。例如，对于通过PCI总线与系统连接的字符设备，则驱动中除了要实现PCI驱动部分外，其主体仍然是设备作为字符设备本身的驱动，即实现file_operations成员函数并注册cdev。分析Linux内核可知，在/drivers/block/、/drivers/atm/、/drivers/char/、/drivers/i2c/、/drivers/ieee1394/、/drivers/media/、/drivers/mtd/、/drivers/net/、/drivers/serial/、/drivers/video/、/sound/等目录中均广泛分布着PCI设备驱动。
在Linux内核中，用pci_driver结构体来定义PCI驱动，该结构体中包含了PCI设备的探测/移除、挂起/恢复等函数，其定义如代码清单21.5所示。pci_driver和前面说的platform_driver、i2c_driver、usb_driver的地位非常相似，都是起到挂接总线的作用。
代码清单21.5 pci_driver结构体
1 struct pci_driver {
2 struct list_head node;
3 char *name;
4 struct module *owner;
5 const struct pci_device_id id_table; /不能为NULL，以便probe函数调用*/
6 / 新设备添加 /
7 int(probe)(struct pci_dev dev, const struct pci_device_id *id);
8 void(remove)(struct pci_dev dev); / 设备移出 /
9 int(suspend)(struct pci_dev dev, pm_message_t state); / 设备挂起 /
10 int (suspend_late) (struct pci_dev dev, pm_message_t state);
11 int (resume_early) (struct pci_dev dev);
12 int(resume)(struct pci_dev dev); / 设备唤醒 /
13 void(shutdown)(struct pci_dev dev);
14 struct pm_ext_ops *pm;
15 struct pci_error_handlers *err_handler;
16 struct device_driver driver;
17 struct pci_dynids dynids;
18 };
对pci_driver的注册和注销通过如下函数来实现：
int pci_register_driver(struct pci_driver *driver);
void pci_unregister_driver(struct pci_driver *drv);
pci_driver的probe()函数要完成PCI设备的初始化及其设备本身身份（字符、TTY、网络等）驱动的注册。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，probe()函数将负责硬件的探测工作并保存配置信息。
下面以一个PCI接口字符设备为例，给出PCI设备驱动的完整模板。其一部分代码实现pci_driver成员函数，一部分代码实现字符设备的file_operations成员函数，如代码清单21.6所示。
代码清单21.6 PCI设备驱动的程序模板
1 / 指明该驱动程序适用于哪一些PCI设备 /
2 static struct pci_device_id xxx_pci_tbl [] __initdata = {
3 {PCI_VENDOR_ID_DEMO, PCI_DEVICE_ID_DEMO,
4 PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, DEMO},
5 {0,}
6 };
7 MODULE_DEVICE_TABLE(pci, xxx_pci_tbl);
8
9 / 中断处理函数 /
10 static void xxx_interrupt(int irq, void dev_id, struct pt_regs regs)
11 {
12 ...
13 }
14
15 / 字符设备file_operations open成员函数 /
16 static int xxx_open(struct inode inode, struct file file)
17 {
18 / 申请中断，注册中断处理程序 /
19 request_irq(xxx_irq, &xxx_interrupt, ...));
20 ...
21 }
22
23 / 字符设备file_operations ioctl成员函数 /
24 static int xxx_ioctl(struct inode inode, struct file file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
25 {
26 ...
27 }
28
29 / 字符设备file_operations read、write、mmap等成员函数 /
30
31 / 设备文件操作接口 /
32 static struct file_operations xxx_fops = {
33 owner: THIS_MODULE, / xxx_fops所属的设备模块 /
34 read: xxx_read, / 读设备操作/
35 write: xxx_write, / 写设备操作/
36 ioctl: xxx_ioctl, / 控制设备操作/
37 mmap: xxx_mmap, / 内存重映射操作/
38 open: xxx_open, / 打开设备操作/
39 release: xxx_release / 释放设备操作/
40 };
41
42 / pci_driver的probe成员函数 /
43 static int _ _init xxx_probe(struct pci_dev pci_dev, const struct pci_device_id pci_id)
44 {
45 pci_enable_device(pci_dev); / 启动PCI设备 /
46
47 / 读取PCI配置信息 /
48 iobase = pci_resource_start (pci_dev,1);
49 ...
50
51 pci_set_master(pci_dev);//设置成总线主DMA模式
52
53 pci_request_regions(pci_dev);/ 申请I/O资源 /
54
55 / 注册字符设备 /
56 cdev_init(xxx_cdev,&xxx_fops);
57 register_chrdev_region(xxx_dev_no, 1, ...);
58 cdev_add(xxx_cdev);
59
60 return 0;
61 }
62
63 / pci_driver的remove成员函数 /
64 static int _ _init xxx_release(struct pci_dev *pdev)
65 {
66 pci_release_regions(pdev);/ 释放I/O资源 /
67 pci_disable_device (pdev);/ 禁止PCI设备 /
68 unregister_chrdev_region(xxx_dev_no, 1); / 释放占用的设备号 /
69 cdev_del(&xxx_dev.cdev); / 注销字符设备 /
70 ...
71 return 0;
72 }
73
74 / 设备模块信息 /
75 static struct pci_driver xxx_pci_driver = {
76 name: xxx_MODULE_NAME, / 设备模块名称 /
77 id_table: xxx_pci_tbl, / 能够驱动的设备列表 /
78 probe: xxx_probe, / 查找并初始化设备 /
79 remove: xxx_remove / 卸载设备模块 /
80 };
81
82 static int _ _init xxx_init_module (void)
83 {
84 pci_register_driver(&xxx_pci_driver);
85 }
86 static void _ _exit xxx_cleanup_module (void)
87 {
88 pci_unregister_driver(&xxx_pci_driver);
89 }
90 /驱动模块加载函数 /
91 module_init(xxx_init_module);
92 / 驱动模块卸载函数 /
93 module_exit(xxx_cleanup_module);
上述代码清单的第1～7行给出了本驱动所支持的PCI设备的列表，如同在USB设备驱动中定义usb_device_id结构体数组一样，在PCI设备驱动中，也需要定义一个pci_device_id结构体数组。pci_device_id用于标识一个PCI设备。它的成员包括：厂商ID、设备ID、子厂商ID、子设备ID、类别、类别掩码（类可分为基类、子类）和私有数据。每一个PCI设备的驱动程序都有一个pci_device_id的数组，用于告诉PCI核心自己能够驱动哪些设备，pci_device_id结构体的定义如代码清单21.7所示。
代码清单21.7 pci_device_id结构体
1 struct pci_device_id {
2 _ _u32 vendor, device; / 厂商和设备ID或PCI_ANY_ID/
3 _ _u32 subvendor, subdevice; / 子厂商ID或PCI_ANY_ID /
4 _ _u32 class, class_mask; / (类、子类、prog-if) 三元组 /
5 kernel_ulong_t driver_data; / 驱动私有数据 /
6 };
将代码清单21.6中的各个函数进行归类，可得出该驱动的组成，如图21.4所示。
图21.5所示的树中，树根是主机/PCI桥，树叶是具体的PCI设备，树叶本身与树枝通过pci_driver连接，而树叶本身的驱动，读写、控制树叶则需要通过其树叶设备本身所属类设备驱动来完成。
由此我们看出，对于USB、PCI设备这种挂接在总线上的设备而言，USB、PCI只是它们的“工作单位”，它们需要向“工作单位”注册（注册usb_driver、pci_driver），并接收“工作单位”的管理（被调入probe()、调出disconnect()/remove()、放假suspend()/shutdown()、继续上班resume()等），但是其本身可能是一个工程师、一个前台或一个经理，因此，做好工程师、前台或经理是其主体工作，这部分对应于字符设备驱动、tty设备驱动、网络设备驱动等。
