全新Linux教程-驱动大全-PCI和PCIe子系统-P2-PCI设备的访问方法-非桥设备

主要讲PCI设备的硬件访问方法。

1、PCI的硬件结构

        CPU发出的地址是CPU地址,可能是访问底下任何一个设备。地址范围不一样,访问到的外设就不一样。在嵌入式中,通常将4G内存地址空间分成好几个区域,不同的访问分给不同的地址。桥内存控制器会把CPU地址转换成addr_pci。PCI总线上的地址会到达底下的设备。此时就会引入一个问题,谁来相应这个地址(bridge底下挂载着总线,pci总线上有很多pci设备)?

        为了解决上述问题,需要去配置每个设备对应的地址范围(对每个设备进行分配固定地址)。首先就要知道每个设备需要多大的地址空间,例如A设备需要1MB,B设备需要2MB等等。驱动程序需要把PCI地址中的某一段分配给这个设备例如A-B。

步骤:

(1)读设备上的配置寄存器,得到设备的种类,得到需要申请的地址大小。如何选中要配置的设备呢?通过IDSEL信号选中设备(初始化的时候应该会对每个issel号扫描一遍)。

(2)驱动程序分配对应大小的PCI地址给设备。

(3)将地址访问写回PCI的配置寄存器。

(4)配置好后就可以像内存一样读写。

<think>嗯,用户问的是Linux内核中RAID0如何访问PCIe资源。首先,我需要理解这两个概念的关系。RAID0通常是指磁盘阵列的条带化,而PCIe是总线接口,用于连接高速设备。用户可能想知道在RAID0配置下,系统是如何通过PCIe总线访问存储设备的资源。 首先,应该区分RAID0的实现层次。RAID可以在硬件层面由RAID卡处理,这时候RAID卡本身是PCIe设备驱动程序会管理其资源。而软件RAID,比如Linux的mdraid,是通过内核模块实现的,这时候访问磁盘可能涉及到底层的磁盘驱动程序,这些磁盘控制器可能连接在PCIe总线上。 接下来,需要考虑Linux内核中设备驱动的结构。PCIe设备通常由对应的驱动程序注册,提供资源如内存映射的I/O空间、中断等。RAID0作为软件RAID,会通过块设备访问底层的磁盘设备。如果这些磁盘是通过PCIe连接的(比如NVMe SSD或SATA控制器通过PCIe),那么RAID0的IO请求会经过相应的PCIe驱动程序。 可能需要进一步解释RAID0在内核中的处理流程,包括IO请求如何从RAID层传递到PCIe设备驱动。比如,当RAID0模块处理一个写请求时,它会将数据分成条带,然后调用底层块设备的读写函数。这些块设备可能对应着PCIe控制器的驱动程序,如nvme或ahci,这些驱动会处理PCIe的配置空间、DMA传输等。 另外,需要注意DMA操作,RAID0在访问磁盘时,数据可能需要通过DMA传输,这涉及到PCIe的总线地址物理内存的映射。内核的DMA API会帮助驱动程序进行地址转换缓存一致性管理。 用户可能还想了解资源访问的具体步骤,比如初始化时如何发现PCIe设备,如何分配资源,以及中断处理等。需要说明RAID0本身不直接访问PCIe资源,而是通过底层块设备驱动间接使用PCIe资源。 最后,确保回答结构清晰,分点说明各个层次的关系,可能包括软件RAID的工作流程、PCIe设备驱动的角色、DMA中断处理等。同时要提醒用户,如果是硬件RAID卡,情况会不同,由RAID卡的固件驱动处理PCIe交互,而软件RAID依赖于底层磁盘的驱动。</think>Linux内核中RAID0访问PCIe资源的过程涉及多层次的软硬件协作,以下是关键步骤解析: 1. **概念澄清** - **RAID0**:纯软件实现的条带化存储方案,由内核`md`模块管理 - **PCIe资源**:包括设备寄存器、MSI中断、DMA通道、BAR空间等 2. **访问层级结构** ``` +-------------------+ | RAID0(md) | <- 用户层接口 +-------------------+ | 块设备层(block) | <- 通用块设备接口 +-------------------+ | PCIe设备驱动(nvme)| <- 具体设备驱动 +-------------------+ | PCI子系统 | <- PCIe核心管理 +-------------------+ | 硬件PCIe设备 | <- 物理设备 +-------------------+ ``` 3. **关键访问流程** - **初始化阶段**: 1. PCI子系统扫描总线,发现PCIe存储控制器(如NVMe控制器) 2. 分配BAR空间,配置MSI中断 3. 设备驱动(nvme)注册块设备接口 - **IO操作流程**: 1. RAID0收到文件系统请求,分割为条带请求 2. 通过`submit_bio()`提交到块设备层 3. 块设备层路由到具体PCIe设备驱动 4. 驱动处理DMA映射: ```c dma_addr_t dma_addr = dma_map_single(dev, buffer, size, DMA_TO_DEVICE); ``` 5. 构造PCIe命令队列条目(Command Submission Queue) 6. 写门铃寄存器触发传输: ```c writel(tail, dev->dbs + NVME_REG_SQ0TDBL); ``` 4. **资源管理机制** - **内存空间**:通过`ioremap()`映射BAR空间 - **DMA操作**:使用DMA API保证缓存一致性 - **中断处理**: ```c request_irq(pci_irq_vector(pdev, 0), nvme_irq_handler, 0, "nvme", dev); ``` 5. **性能优化特性** - 多队列设计:每个CPU核心有独立提交队列 - MSI-X中断亲性:绑定中断到特定CPU - 分散/聚集列表:支持高效分散IO ```c blk_queue_max_segments(q, NVME_MAX_SEGS); ``` 6. **硬件加速支持** - 使用PCIe P2P特性时,RAID0可直接控制多设备DMA传输 - 新内核支持BIO合并优化,减少PCIe事务开销 **注意**:实际RAID0性能取决于: 1. PCIe链路质量(Gen3/Gen4 x4/x8) 2. 设备驱动实现的优化程度 3. 内核调度策略(如blk-mq配置) 4. NUMA拓扑对齐情况 如需调试可关注: ```bash # 查看PCIe设备信息 lspci -vvv # 检查DMA映射统计 grep -H . /sys/kernel/debug/dma/*/bytes # 监控中断分布 watch -n1 "cat /proc/interrupts | grep nvme" ```
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