PCIE RC侧设备树和配置 - 单片机的应用实例

最新推荐文章于 2025-07-19 08:45:00 发布
最新推荐文章于 2025-07-19 08:45:00 发布
阅读量703 收藏 1
点赞数 1
CC 4.0 BY-SA版权
文章标签： 单片机 stm32 嵌入式硬件
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/wellcoder/article/details/131160334
本文详述了在PCIe技术背景下，如何通过配置PCIe RC侧设备树，结合单片机（STM32）实现对PCIe外设的控制和数据传输。内容涵盖设备树结构解析、Vivado中的IP核配置、FPGA电路设计及单片机程序编写，旨在帮助读者理解并应用PCIe技术于实际项目。

PCIE RC侧设备树和配置 - 单片机的应用实例

PCIe技术在工业自动化、机器人技术等领域中广泛应用，而PCIe RC侧设备树作为PCIe子系统中重要的组成部分，其配置与实现对于整个PCIe子系统的扩展和应用具有非常重要的意义。本文将以单片机为例，介绍如何通过配置PCIe RC侧设备树来实现对PCIe外设的控制及数据传输。

一、PCIe RC侧设备树的结构
PCIe RC侧设备树是一个树形结构，由RC、Port、Endpoint三级设备节点组成。其中RC（Root Complex）是主机CPU所在的芯片组，Port是主机芯片组的PCIe物理层端口，Endpoint是PCIe外设。RC与Port之间的连接称为downstream，Port与Endpoint之间的连接称为upstream。它们分别担任不同的角色，并在PCIe总线上传输各自的控制命令及数据信息。下图是PCIe RC侧设备树示意图。

         +---------------------+
         |         RC          |
         |                     |
         |       Downstream    +----------+
         |                     |   Port   |
         |       Upstream      +----------+ 
         |                     |
         |       Downstream    +----------+
         |                     | Endpoint |
了解本专栏 订阅专栏 解锁全文
PCIe 设备树详细讲解
smartvxworks的博客
10-27 5076
为了在通过#INTD支持#INTA的四条IRQ线路上的分配，负载均衡化，每个PCI插槽或设备通常以旋转方式连接到中断控制器上的不同输入，以避免所有#INTA客户端连接到同一条传入中断线路。每个字段的大小是通过取子项的值、父项的值和子项的值来确定的。对于我们示例中的外部总线external-bus，#address-cells = 子地址为 2 个单元格，父地址#address-cells = 为 1 个单元格，大小#size-cells = 也是 1 个单元格。最后要注意的一件事。
PCIE Root Complex (RC) 设备树及配置 - 单片机
git_git523的博客
09-14 646
在 PCIE 系统中，PCIE Root Complex (RC) 是一个重要的组件，它起着控制和管理 PCIE 总线的作用。通过设备树和源代码的配置，我们可以在单片机上成功初始化和配置 PCIE RC。请注意，上述示例代码和设备树配置仅供参考，具体的配置和实现细节可能会因硬件平台和操作系统的不同而有所差异。通过在单片机中配置类似的设备树，我们可以告诉操作系统和驱动程序有关 PCIE RC 的硬件资源和配置信息，从而使其能够正确地初始化和管理 PCIE 总线。接下来，我们使用主桥对象的。
PCIe总线-RK3588 PCIe驱动设备树介绍（九）
非专业业余程序员
07-21 5721
在Linux内核中设备树中，定义了一系列属性，用来描述PCIe总线。比如"bus-range"属性，描述PCIe某个domain的总线编号范围，比如"ranges"属性，描述PCIe地址转换。下面将分别介绍这些属性。
PCIE设备树解析
玩命的狙击手
01-21 3418
RK3588 PCIE的设备树配置说明
pcie RC侧设备树配置
jeffly_的博客
10-11 1341
在PCIe控制器节点下添加PCIe端口节点，并设置相应属性，如vendor-id、device-id、bar-range等。在PCIe控制器节点下添加PCIe端口节点，并设置相应属性，如vendor-id、device-id、bar-range等。在设备树中添加PCIe控制器节点，并设置相应属性，如vendor-id、device-id、bus-range等。在设备树中添加PCIe控制器节点，并设置相应属性，如vendor-id、device-id、bus-range等。
手把手教你学PCIE--驱动开发入门 - Linux与Windows下PCIe驱动开发实例
MHD0815的博客
03-07 213
本文通过具体实例对比了Linux和Windows平台下的PCIe驱动开发方法，涵盖了驱动框架、关键步骤以及测试调试等内容。在Windows中，PCIe驱动通常基于WDM（Windows Driver Model）或WDF（Windows Driver Framework）开发。在上一篇文章中，我们介绍了PCIe设备驱动的基本流程。本文将进一步通过具体实例对比Linux和Windows平台下的PCIe驱动开发方法，帮助读者了解不同操作系统环境中的开发差异与实现细节。在Linux中，PCIe驱动基于。
掌握单片机汇编语言I_O操作：数据输入输出的精髓
I/O 操作是单片机系统中至关重要的功能，它使程序能够与外部环境交互，实现各种应用，如数据采集、控制和通信。 # 2. 输入输出端口的编程 ### 2.1 输入端口编程 #### 2.1.1 输入端口的定义和使用 输入端口是...
STM32单片机外围电路与行业趋势：把握最新技术，引领未来发展
外围电路的设计和应用对于单片机系统的性能和可靠性至关重要。 外围电路主要包括时钟与复位电路、通信接口、外部存储器、传感器和执行器等。时钟与复位电路为单片机提供稳定的时钟信号和复位功能，保证单片机正常...
单片机I_O口：多功能设计与一拖多技术揭秘
![单片机I_O口：多功能设计与一拖多技术揭秘]...单片机I/O口是微控制器与外部环境交互的关键接口，本文对I/O口的基础功能、设计理论、实践应用、故障诊断及未来发展趋势进行了详细阐述。
RK3399平台开发系列讲解（PCI/PCI-E）5.52、PCIE RC侧设备树及配置
内核笔记
09-08 2538
📢本篇章将介绍RK3399平台PCIE总线RC侧设备树配置。
生成pci设备树的简单实现
09-16
生成pci设备树的简单实现, 主要是通过递归来实现
单片机：实现PCIe配置空间的扩展（附完整源码）
希望我的博客，能帮上你解决学习中工作中所遇到的问题
12-10 203
单片机：实现PCIe配置空间的扩展（附完整源码）
使用单片机实现PCIe配置空间的扩展
VfhBlockchain的博客
09-17 1748
PCIe的配置空间是由各种配置寄存器（Configuration Register）组成的，每个配置寄存器有自己的地址和功能。在实际应用中，可根据具体需求进行硬件电路和软件代码的修改，以满足不同的应用场景。本设计采用STM32F407单片机作为主控芯片，通过SPI接口与PCIe控制器进行通信，实现对PCIe的配置空间进行读写操作。然后可以使用PCIe调试工具对配置空间的读写进行测试，以验证本设计的正确性。代码实现方面主要分为两部分，一部分是SPI接口的初始化配置，另一部分是实现PCIe配置空间的读写操作。
PCIe（一） —— 基础概念与设备树
elton_xiao的专栏
01-24 550
PCIE基础概念与设备树
PCIe接口在单片机开发中的应用
qq_37934722的博客
07-29 2180
PCIe接口使用串行信号传输方式，它比传统的PCI、AGP（Accelerated Graphics Port）和ISA（Industry Standard Architecture）等并行总线接口更快，更稳定，更灵活。通过上述源代码实例，我们可以看到，使用PCIe接口来控制LED灯的闪烁不仅简单易行，而且能够为我们提供更高效的数据传输体验。通过PCIE接口传输指令，控制LED灯的亮暗程度，实现其闪烁的效果。Endpoints：端点，指连接在PCIe总线上的设备，例如显卡，声卡，网卡等。
linux 下PCIE控制器设备树 学习
wstpt的博客
07-12 7516
本系列全部内容基于Synopsys DesignWare进行学习与分析 在内核3.x之后开始使用设备树，所有和硬件相关部分均放在设备树中，在进行PCIE控制器学习时，对官方文档中各个变量的使用存在很大的迷惑，根据自己了解总结如下。 DesignWare官方文档中的例子如下： pcie: pcie@dffff000 {         compatible = "snps,d
PCIE相关配置详解及单片机实现
UoEmacs_Lisp的博客
09-17 852
在PCIE软件驱动开发过程中，需要熟悉PCIE规范和PCIE总线传输协议，同时可以借助相关的软件开发工具和调试器，以确保驱动程序的正确性和优化性。硬件测试主要是通过一些基本的PCIE测试工具，如信号分析器、协议分析器等来对PCIE接口进行信号质量、时序兼容性等测试，以确定在不同的数据交换场景下PCIE总线的可靠性。这里我们可以使用DMA进行数据传输，以提高效率。首先，我们需要进行PCIE芯片寄存器的初始化，并根据PCIE规范配置相关的寄存器，包括控制寄存器、状态寄存器等，以确保PCIE接口能够正常工作。
PCIe架构的处理器系统介绍
咸鱼弟的博客
10-24 1292
不同的处理器系统中，PCIe体系结构的实现方式不尽相同。PCIe体系结构以Intel的x86处理器为蓝本实现，已被深深地烙下x86处理器的印记。在PCIe总线规范中，有许多内容是x86处理器独有的，也仅在x86处理器的Chipset中存在。在PCIe总线规范中，一些最新的功能也在Intel的Chipset中率先实现。本节将以一个处理器系统为例简要介绍RC的实现，并简单归纳RC的通用实现机制。
​​2.1 嵌入式场景下的PCIe初始化：设备树（Device Tree）配置实战​
最新发布
amy_mhd的博客
07-19 1054
本文详细介绍了嵌入式系统中使用设备树（DeviceTree）配置PCIe初始化的方法与实战经验。重点内容包括：1）设备树在PCIe硬件抽象、资源分配和驱动匹配中的关键作用；2）PCIe控制器节点与设备节点的语法规范及典型配置示例；3）BAR空间映射原理与地址转换实现；4）基于RK3399处理器的完整配置案例及驱动初始化流程；5）常见问题调试方法与高级功能配置（热插拔/电源管理）。通过设备树合理配置寄存器映射、中断和DMA资源，可有效实现嵌入式PCIe设备的稳定集成。
在pcie rc的驱动中配置打开了dma-coherent属性，rc侧的ep驱动使用dma_alloc_coherent接口申请的内存，实际使用中发现ep设备传输到rc的数据没有被及时同步到内存中，如果关闭rc的驱动中的dma-coherent属性，则ep功能正常，数据传输使用的是ep的dma，这可能是什么原因导致的？跟dma缓存一致性是否有关，若有关，导致该问题的具体原因是什么？rc侧设备树打开dma-coherent属性有什么作用？
07-11
<think>我们正在处理一个关于PCIe DMA一致性的问题。用户遇到的情况是：当在RC（Root Complex）驱动中启用dma-coherent属性时，EP（Endpoint）设备通过DMA传输到RC的数据未能及时同步到内存，而关闭该属性后功能正常。用户希望分析该问题是否与DMA缓存一致性相关，具体原因是什么，以及RC侧设备树中启用dma-coherent的作用。 根据提供的引用内容，我们可以提取以下相关信息： - 引用[1]提到：DMA操作使用`dma_alloc_coherent()`分配一致性内存。 - 引用[2]详细描述了Doorbell机制和DMA操作中的一些同步问题，包括： - 使用`dma_wmb()`保证写顺序。 - 确保在Payload完成前不会发MSI。 - 提到使用`dma_alloc_coherent()`大页来降低SMMU TLB的消耗。 - 引用[3]展示了使用`dma_alloc_coherent()`分配内存，并配置BAR和ATU（地址转换单元）的示例，以及Outbound传输（设备到主机）的流程。 现在，我们分析问题： 1. **dma-coherent属性的作用**： - 在设备树中，如果一个设备节点设置了`dma-coherent`属性，表示该设备支持硬件的DMA一致性。这意味着硬件能够保证缓存一致性，而不需要软件进行缓存维护操作（如刷新缓存）。 - 在Linux内核中，当设备设置了`dma-coherent`属性时，驱动使用`dma_alloc_coherent()`分配的内存将是一致性内存，即CPU和DMA控制器都可以看到一致的缓存视图，无需软件进行缓存同步。 2. **问题现象分析**： - 启用`dma-coherent`属性后，EP设备传输的数据未能及时同步到内存；关闭后正常。 - 这表明，当启用一致性属性时，可能没有进行必要的缓存维护操作，导致数据未及时刷新到内存，而关闭后，驱动会进行显式的缓存维护，从而保证了数据同步。 3. **可能的原因**： - **缓存一致性机制差异**：如果EP设备本身不支持硬件缓存一致性（如没有硬件支持snooping机制），那么即使RC侧声明了`dma-coherent`，EP设备也无法保证其写入的数据能够被RC侧及时看到。此时，RC侧需要软件刷新缓存来确保数据一致性。 - **驱动中的DMA操作方式**：在启用`dma-coherent`的情况下，驱动使用`dma_alloc_coherent()`分配的内存区域会被映射为不可缓存（non-cacheable）或写合并（write-combining），这取决于体系结构。但有时，如果驱动没有正确使用DMA API，或者EP设备在传输数据后没有触发RC侧的缓存刷新，可能导致数据停留在缓存中而没有写入内存。 - **同步操作缺失**：在关闭`dma-coherent`属性时，驱动会使用非一致性DMA缓冲区，此时驱动需要显式调用`dma_sync_single_for_cpu()`或`dma_sync_single_for_device()`等函数来同步缓存。这些操作在启用`dma-coherent`时会被省略，因为硬件假设可以自动维护一致性。如果硬件实际上不能维护一致性，那么省略这些操作就会导致数据不同步。 4. **具体原因分析**： - 根据引用[2]中的描述，在数据传输过程中，需要确保正确的写顺序和缓存一致性。例如，在EP设备完成DMA写入后，需要确保数据已经到达内存，然后才能通过MSI通知主机。如果启用了`dma-coherent`，那么软件可能没有进行必要的屏障操作或缓存刷新，而硬件又不支持，就会导致问题。 - 另外，引用[3]中提到的Outbound传输（设备到主机）场景中，主机分配内存（使用`dma_alloc_coherent()`），然后设备写入数据。如果启用了`dma-coherent`，那么这块内存区域是映射为一致性的，理论上CPU可以直接访问而不需要刷新缓存。但如果EP设备写入数据后，RC侧的CPU读取内存时，由于缓存未更新，可能读到旧数据。这通常是因为硬件缓存一致性没有正确工作。 5. **解决方案建议**： - 检查EP设备是否支持硬件缓存一致性。如果不支持，则不应在RC侧设备树中设置`dma-coherent`属性。 - 在驱动中，即使启用了`dma-coherent`，在某些情况下（如与不支持一致性的设备通信）可能仍然需要显式的缓存同步操作。但请注意，这违背了一致性属性的初衷，所以更好的方法是正确配置硬件。 - 检查DMA内存分配和使用的API是否正确。确保在读取DMA数据之前，调用适当的同步函数（如果未启用一致性）。 总结： - **问题是否与DMA缓存一致性相关？** 是。 - **具体原因**：在RC侧启用`dma-coherent`属性后，系统假设硬件（包括EP设备）支持缓存一致性，因此省略了软件缓存维护操作。但实际EP设备可能不支持硬件缓存一致性，导致写入的数据未能及时刷新到内存，RC侧CPU读取时可能看到的是缓存中的旧数据。 - **RC侧设备树中启用dma-coherent的作用**：声明该设备（RC）支持硬件DMA缓存一致性，这样内核在分配DMA缓冲区时会使用一致性内存（如通过`dma_alloc_coherent()`），并且在使用DMA API时，会省略缓存维护操作（如dma_sync_*函数），因为假设硬件会自动维护缓存一致性。 因此，如果EP设备不支持硬件缓存一致性，那么RC侧就不应该启用`dma-coherent`属性，而应该使用非一致性DMA操作，由软件负责缓存同步。 相关问题： 1. 如何检测PCIe设备是否支持硬件缓存一致性？ 2. 在Linux驱动中，如何正确使用DMA API进行非一致性DMA传输？ 3. DMA传输中，缓存维护操作（如dma_sync_single_for_cpu）的具体作用是什么？</think>### PCIe RC驱动中dma-coherent属性对EP数据传输的影响分析 #### 1. **dma-coherent属性的作用** 在PCIe RC（Root Complex）设备树中启用`dma-coherent`属性时，表示**硬件支持缓存一致性机制**（如硬件snooping）。其核心作用包括： - **自动缓存同步**：硬件保证CPU缓存与DMA内存之间的数据一致性，无需软件手动刷新缓存。 - **内存分配优化**：驱动使用`dma_alloc_coherent()`分配的内存区域会被标记为`non-cacheable`或通过硬件自动维护一致性[^1][^3]。 - **性能提升**：避免软件缓存维护操作（如`dma_sync_single_for_cpu()`），减少开销[^2]。 #### 2. **问题原因分析** 当启用`dma-coherent`后EP数据传输异常，关闭后正常，根本原因在于**硬件一致性机制失效**，具体表现为： | **因素** | **启用dma-coherent时** | **关闭dma-coherent时** | |-------------------------|------------------------------------------------|------------------------------------------------| | **缓存维护方式** | 依赖硬件自动同步（snooping） | 软件手动同步（如`dma_sync_single_for_cpu()`） | | **EP设备行为** | EP写入数据后，硬件未触发缓存同步 | 驱动显式调用缓存同步API，强制数据刷新 | | **内存可见性** | CPU可能读取到旧缓存数据 | 数据强制写回内存，CPU读取最新数据 | **具体原因**： 1. **EP设备不支持硬件一致性**： - 若EP设备缺乏snooping能力（如旧式PCIe设备），其DMA写入无法触发RC侧缓存更新。 - 硬件声明`dma-coherent`后，驱动**跳过手动缓存同步**，导致数据滞留于CPU缓存[^2]。 2. **内存映射模式冲突**： - `dma-coherent`分配的内存可能被映射为**Write-Back（WB）模式**，依赖硬件维护一致性。 - 当硬件机制失效时，EP写入的数据未及时刷新到主存，CPU读取到缓存中的陈旧数据[^3]。 3. **RC控制器配置缺陷**： - ATU（地址转换单元）或SMMU（IOMMU）未正确处理一致性传输，导致地址转换后缓存未同步[^2][^3]。 #### 3. **解决方案与验证步骤** 1. **检查EP设备一致性支持**： ```c // 在EP驱动中检查PCIe能力寄存器 pcie_capability_read_word(pdev, PCI_EXP_FLAGS, &flags); if (!(flags & PCI_EXP_FLAGS_SNOOP)) { // EP不支持snooping，需禁用RC侧dma-coherent } ``` 2. **强制软件缓存同步（临时方案）**： ```c // 即使启用dma-coherent，仍手动同步缓存 dma_sync_single_for_cpu(dev, dma_handle, size, DMA_FROM_DEVICE); ``` 3. **验证ATU/SMMU配置**： - 确保ATU将EP的BAR地址映射为**非缓存（Device-nGnRnE）** 或 **Write-Combining（WC）** 类型[^2]： ```c configure_atu(.attr = DEVICE_nGnRnE); // 避免缓存合并与乱序 ``` 4. **设备树调整**： ```dts // 禁用dma-coherent，强制使用软件同步 &pcie_rc { /delete-property/ dma-coherent; }; ``` #### 4. **根本解决方向** - **硬件层面**：升级EP设备支持PCIe一致性协议（如PCIe 4.0+的Optional Snooping）。 - **驱动层面**：在RC驱动中实现混合模式，自动检测EP一致性能力并动态切换同步策略。 - **内存分配**：对非一致性EP改用`dma_alloc_noncoherent()` + 显式`dma_sync_*`调用[^3]。 > **总结**：该问题本质是EP硬件与RC驱动的一致性声明不匹配。`dma-coherent`依赖硬件协作，若EP不支持snooping，则需回退到软件维护模式[^1][^3]。 --- ### 相关问题 1. PCIe设备如何通过PCIe能力寄存器检查其是否支持硬件缓存一致性（snooping）？ 2. 在Linux驱动中，`dma_alloc_coherent()`与`dma_alloc_noncoherent()`的内存访问性能差异如何？ 3. PCIe ATU地址转换中，`DEVICE_nGnRnE`与`NORMAL_NC`内存类型对DMA传输有何影响？ 4. 如何通过PCItree工具动态调试PCIe数据传输过程中的缓存一致性问题？
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包

打赏作者

编码实践

你的鼓励将是我创作的最大动力

¥1 ¥2 ¥4 ¥6 ¥10 ¥20
扫码支付：¥1
获取中
扫码支付

您的余额不足，请更换扫码支付或充值

打赏作者

实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值