【微知】如何写一个用户态扫描PCIe设备读取PCIe配置空间的程序？

背景

PCIe设备交互需要基于TLP报文，读取PCIe设备配置空间这些操作在linux内核比较方便，在用户态也有lspci、setpci等工具。如何自己手写一个用户态的PCIe设备，来扫描PCIe设备实现类似lspci的效果，本文是一个简单的实验借助 pciutils 库来扫描并显示系统里 PCI 设备的相关信息。

实现机制

libpci提供的接口来操作，包括分配pci句柄，初始化，扫描、读取信息，详细代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pci/pci.h>

int main() {
    struct pci_access *pci;
    struct pci_dev *dev;

    pci = pci_alloc();
    if (!pci) {
        fprintf(stderr, "无法分配 PCI 访问对象\n");
        return 1;
    }

    pci_init(pci);
    pci_scan_bus(pci);

    for (dev = pci->devices; dev; dev = dev->next) {
        pci_fill_info(dev, PCI_FILL_IDENT | PCI_FILL_BASES | PCI_FILL_CLASS);

        printf("设备: %02x:%02x.%x\n", dev->bus, dev->dev, dev->func);
        printf("  Vendor: 0x%04x (%s)\n", dev->vendor_id, 
               pci_lookup_name(pci, PCI_LOOKUP_VENDOR, dev->vendor_id, 0));
        printf("  Device: 0x%04x (%s)\n", dev->device_id, 
               pci_lookup_name(pci, PCI_LOOKUP_DEVICE, dev->vendor_id, dev->device_id));
        printf("  Class:  0x%06x (%s)\n", dev->device_class, 
               pci_lookup_name(pci, PCI_LOOKUP_CLASS, dev->device_class, 0));
        
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            if (dev->base_addr[i]) {
                printf("  BAR%d: 0x%016llx (size=0x%x, type=%s)\n",
                       i, 
                       (unsigned long long)dev->base_addr[i],
                       dev->size[i],
                       (dev->flags[i] & PCI_BASE_ADDRESS_SPACE) ? "Memory" : "I/O");
            }
        }
        printf("------------------------\n");
    }

    pci_cleanup(pci);
    // 根据实际版本选择以下一种释放方式
    // pci_free(pci);           // 新版本
    // pci_free_dev(pci);       // 旧版本（如果有该函数）
    free(pci);                 // 直接使用 free()

    return 0;
}

主要接口说明：

pci_alloc()：创建一个 PCI 访问对象，为后续操作分配必要的资源。
pci_init(pci)：对 PCI 访问环境进行初始化，读取配置文件并加载相关驱动。
pci_scan_bus(pci)：对系统中的 PCI 总线进行扫描，识别所有连接的 PCI 设备。
pci_fill_info()：读取设备的关键信息，如设备 ID、基址寄存器（BARs）以及设备类别等。
pci_lookup_name()将 ID 转换为对应的文本描述。
pci_cleanup(pci)：清理 PCI 访问环境。
free(pci)：释放 PCI 访问对象所占用的内存。

编译：

yum install pciutils-devel #前置准备
gcc -o pci_info pci_info.c -lpci

实操

安装依赖库:

编译：

执行：可以看到扫描到不同的设备，并且BAR空间也扫描出来了。

综述

用户态实现对PCIe的扫描和读写，以及结合未来使用地址映射，可以做很多有意思的事情，本文仅仅是一个通道的建立。后面结合类似/dev/mem以及资源空间，然后映射到用户态空间可以做不少有意思的事。