pci编程教学

# PCI编程教学实战代码教程

## 引言

PCI（Peripheral Component Interconnect，外围设备互连）是一种标准的计算机总线，用于连接计算机内部各种硬件设备，比如显卡、网卡等。随着Linux等操作系统的发展，开发者需要与这些硬件进行更直接的交互，而PCI编程就是实现这一目标的重要手段。本教程将通过实际代码示例，引导大家从零基础迅速掌握PCI编程的核心概念和实现方法。

## 1. PCI基础知识

### 1.1 PCI总线概述

PCI总线是一种并行总线，是一次性连接多台设备的一种方式。与其相对的是PCI Express（PCIe），后者是当前使用更广泛的总线标准。PCI总线有以下几个重要特点：

- **多设备支持**：可以连接多台设备。

- **即插即用**：支持热插拔技术。

- **地址分配**：由系统动态分配设备地址。

### 1.2 PCI设备结构

每个PCI设备都有一个唯一的ID，包括厂商ID（Vendor ID）和设备ID（Device ID），用于标识设备的类型和制造商。PCI设备的基本信息可以从设备的配置空间中获取。

## 2. 环境准备

在进行PCI编程之前，我们需要准备好一定的开发环境。这里以Linux为例：

1. **安装Linux内核开发包**：

```bash

sudo apt-get install linux-headers-$(uname -r)

```

2. **确保安装了必要的编译工具**：

```bash

sudo apt-get install build-essential

```

3. **创建一个新的模块目录**：

```bash

mkdir pci_example && cd pci_example

```

4. **编写Makefile**：

在`pci_example`目录下创建`Makefile`文件，内容如下：

```makefile

obj-m += pci_example.o

all:

make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean:

make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

```

## 3. 编写PCI设备驱动

我们将编写一个简单的PCI驱动，来枚举系统中的PCI设备并显示其基本信息。

### 3.1 驱动程序模板

在`pci_example`目录下创建`pci_example.c`文件，基本模板如下：

```c

#include

#include

#include

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("Your Name");

MODULE_DESCRIPTION("A simple PCI driver");

#define VENDOR_ID 0x1234 // 根据实际厂商ID进行修改

#define DEVICE_ID 0x5678 // 根据实际设备ID进行修改

static struct pci_device_id pci_ids[] = {

{ PCI_DEVICE(VENDOR_ID, DEVICE_ID), },

{ 0, }

};

MODULE_DEVICE_TABLE(pci, pci_ids);

static int pci_probe(struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id) {

printk(KERN_INFO "Found PCI device: vendor=0x%x, device=0x%x\n", dev->vendor, dev->device);

return 0;

}

static void pci_remove(struct pci_dev *dev) {

printk(KERN_INFO "Removing PCI device: vendor=0x%x, device=0x%x\n", dev->vendor, dev->device);

}

static struct pci_driver pci_driver = {

.name = "pci_example",

.id_table = pci_ids,

.probe = pci_probe,

.remove = pci_remove,

};

module_pci_driver(pci_driver);

```

### 3.2 代码分析

1. **模块信息**：使用`MODULE_LICENSE`、`MODULE_AUTHOR`和`MODULE_DESCRIPTION`宏声明模块信息。

2. **PCI设备ID**：定义支持的PCI设备ID，这里你需要根据真实情况替换VENDOR_ID和DEVICE_ID。

3. **probe函数**：当内核检测到你的设备时，它会调用这个函数。在此函数中，我们将打印设备的基础信息。

4. **remove函数**：在设备被移除时调用，通常在这里进行资源释放。

5. **PCI驱动结构**：注册我们的probe和remove回调。

### 3.3 编译模块

回到终端，在`pci_example`目录下执行：

```bash

make

```

如果编译成功，会生成`pci_example.ko`模块文件。

## 4. 加载和测试驱动

### 4.1 加载模块

加载模块到Linux内核中：

```bash

sudo insmod pci_example.ko

```

### 4.2 查看日志

使用以下命令查看内核日志，确认驱动是否正常加载：

```bash

dmesg

```

你应该能看到类似“Found PCI device”的信息，表示你的驱动探测到了设备。

### 4.3 卸载模块

当需要卸载模块时，可以使用：

```bash

sudo rmmod pci_example

```

查看日志，确认“Removing PCI device”的信息是否打印出来。

## 5. 扩展功能

### 5.1 访问设备寄存器

在probe函数中，我们可以进行更多高级的操作，比如访问PCI设备的寄存器。例如：

```c

unsigned long bar0 = pci_resource_start(dev, 0);

printk(KERN_INFO "BAR0 address: 0x%lx\n", bar0);

```

### 5.2 DMA缓冲区

为了与设备交互，我们可能需要分配DMA缓冲区。可以使用`alloc_coherent`来分配内存。示例如下：

```c

void *dma_buffer;

dma_buffer = dma_alloc_coherent(&dev->dev, size, &dma_handle, GFP_KERNEL);

if (!dma_buffer) {

printk(KERN_ERR "Failed to allocate DMA buffer\n");

}

```

### 5.3 实现IOCTL接口

如果需要提供用户空间与驱动交互，可以实现IOCTL接口。可以参考以下方法：

#### 添加IOCTL宏定义

```c

#define IOCTL_CMD 0x100

```

#### 实现ioctl函数

```c

long pci_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg) {

switch(cmd) {

case IOCTL_CMD:

// 处理代码

break;

default:

return -ENOTTY;

}

return 0;

}

```

#### 注册file_operations结构

在驱动结构中添加file_operations并注册：

```c

static struct file_operations fops = {

.unlocked_ioctl = pci_ioctl,

};

```

## 6. 编译及测试

继续进行模块编译和测试，确保每一步都能正常运行。调整代码以满足你的需求