Linux操作系統下的PCI驅動(dòng)開(kāi)發(fā)

O 引言

　　PCI總線(xiàn)是一種成熟的計算機標準總線(xiàn)，而Linux操作系統則是一種源代碼公開(kāi)的操作系統。Linux構架完全沿襲了UNIX的系統架構，它不但擁有UNIX的全部功能，而且具有UNIX穩定、可靠、安全的優(yōu)點(diǎn)，尤其是Linux加入GNU并遵循公共版權許可證(GPL)之后，幾乎所有的GNU軟件都可以移植到Linux，從而完善和提高了Linux系統的使用性，并逐步成為通信、工業(yè)控制、消費電子等領(lǐng)域的主流操作系統。

　　本文主要對Linux環(huán)境下開(kāi)發(fā)PCI9054芯片驅動(dòng)的具體方法進(jìn)行描述，并給出了如何將驅動(dòng)程序編譯進(jìn)內核，以使驅動(dòng)模塊靜態(tài)加載的方法。

　　1 PCI9054簡(jiǎn)介

　　PCI總線(xiàn)協(xié)議一般需要繁瑣的邏輯驗證和時(shí)序分析工作，而且開(kāi)發(fā)周期較長(cháng)，因此，更多的做法是采用通用PCI接口芯片，這樣，只需要控制接口芯片的幾根控制線(xiàn)，就可以完成PCI總線(xiàn)的數據傳輸，故可大大減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。

　　PCI9054是由美國PLX公司生產(chǎn)的PCI橋接芯片，該芯片采用先進(jìn)的PLX流水線(xiàn)結構技術(shù)，符合PCI本地總線(xiàn)規范2．2版，并配有可選的串行EEPROM接口。芯片的本地總線(xiàn)時(shí)鐘可與PCI時(shí)鐘異步，其內部有6種可編程FIFO，可以實(shí)現零等待突發(fā)傳輸及本地總線(xiàn)與PCI總線(xiàn)的異步操作，同時(shí)支持主模式、從模式、DMA傳輸模式，可廣泛用于嵌入式系統中。

　　PCI9054的地址資源是由其基址寄存器來(lái)設置的，PCI9054的配置空間有六個(gè)基址寄存器：BARO～BAR5，其中BARO映射到配置空間的基地址，BARl為映射到I／O空間的基地址，BAR2～BAR5可以定義為映射到內存地址空間的基地址。配置空間的內容可被Linux核心中的PCI初始化代碼使用，I／O空間和內存地址空間可提供給設備驅動(dòng)程序使用。

　　2 Linux下的PCI驅動(dòng)程序

　　Linux將所有外部設備看成是一類(lèi)特殊文件，即“設備文件”，它可分為兩大類(lèi)：字符設備和塊設備。字符設備是必須以串行順序依次進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的設備，如觸摸屏、磁帶驅動(dòng)器、鼠標等。塊設備則是利用一塊系統內存作為緩沖區，以塊為單位進(jìn)行操作，如硬盤(pán)、軟驅等。字符設備不經(jīng)過(guò)系統的快速緩沖，而塊設備則需經(jīng)過(guò)系統的快速緩沖。此外，Linux下還存在一類(lèi)外設，即“網(wǎng)絡(luò )設備”，網(wǎng)絡(luò )設備主要針對數據包的接收和發(fā)送而設計，它并不對應于文件系統的節點(diǎn)。PCI驅動(dòng)通?？梢钥醋鲎址O備的驅動(dòng)來(lái)設計。

　　Linux的操作過(guò)程分為兩個(gè)步驟：首先用PCI驅動(dòng)將內核與設備掛接起來(lái)；緊接著(zhù)通過(guò)應用程序來(lái)根據設備文件所屬類(lèi)型并通過(guò)驅動(dòng)提供的接口函數來(lái)操作設備。這使得PCI驅動(dòng)至少應該包含兩部分內容：一是PCI設備驅動(dòng)，二是具體設備本身的驅動(dòng)。

　　Linux系統啟動(dòng)后會(huì )自動(dòng)檢測PCI設備信息，并分別記錄在pci_dev結構體中形成一個(gè)PCI設備鏈表pci_devices。這個(gè)結構體記錄了PCI設備幾乎所有的硬件信息，包括廠(chǎng)商ID、設備ID、各種資源等，PCI驅動(dòng)就是根據廠(chǎng)商ID和設備ID來(lái)連接設備并加載驅動(dòng)的。

　　驅動(dòng)加載以后，為了操作設備文件，Linux會(huì )在include／linux／fs．h中提供一個(gè)數據結構file_operaTIons，該數據結構可向Linux文件系統注冊一組文件操作，以定義設備提供的諸如open、close、read、write等操作，內核則將通過(guò)file_operations結構訪(fǎng)問(wèn)驅動(dòng)程序所提供的函數。

　　3 PCI9054驅動(dòng)的實(shí)現

　　Linux下設備驅動(dòng)程序的編寫(xiě)應遵循一定的框架結構進(jìn)行，大致可分為模塊的加載與卸載、設備的初始化、設備的打開(kāi)及操作、中斷處理和設備的釋放等幾部分。

　　3．1 模塊的加載與初始化

　　當Linux內核啟動(dòng)時(shí)，會(huì )完成對所有PCI設備的掃描、登錄和資源分配等初始化操作，并建立起所有PCI設備的拓撲結構，此后，在加載PCI驅動(dòng)程序時(shí)，就會(huì )通過(guò)加載驅動(dòng)程序模塊入口跳轉到設備初始化模塊。Linux2．4內核與Linux2．6內核的初始化方式是不同的，在Linux-2．4內核中，初始化程序首先會(huì )使用pci_present函數來(lái)判斷PCI總線(xiàn)是否被內核支持，然后使用register_chrdev函數來(lái)注冊設備，這樣就可以輪詢(xún)PCI總線(xiàn)上的設備，并利用pci_find_device函數檢查設備是否插在總線(xiàn)插槽上。如果在，則保存其所占用的插槽位置信息，并返回pci_dev結構，然后將pci_dev結構加入到設備鏈表中，直到輪詢(xún)完畢。圖1所示是Linux下PCI驅動(dòng)程序的流程圖。