背 景
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Read the fucking source code!--By 鲁迅 -
A picture is worth a thousand words.--By 高尔基
说明：
- Kernel版本：4.14
- ARM64处理器
- 使用工具：Source Insight 3.5， Visio
1. 概述
- 本文将分析Linux PCI子系统的框架，主要围绕Linux PCI子系统的初始化以及枚举过程分析；
- 如果对具体的硬件缺乏了解，建议先阅读上篇文章
《Linux PCI驱动框架分析（一）》；
话不多说，直接开始。
2. 数据结构
- PCI体系结构的拓扑关系如图所示，而图中的不同数据结构就是用于来描述对应的模块；
- Host Bridge连接CPU和PCI系统，由
struct pci_host_bridge描述； -
struct pci_dev描述PCI设备，以及PCI-to-PCI桥设备； -
struct pci_bus用于描述PCI总线，struct pci_slot用于描述总线上的物理插槽；
来一张更详细的结构体组织图：
- 总体来看，数据结构对硬件模块进行了抽象，数据结构之间也能很便捷的构建一个类似PCI子系统物理拓扑的关系图；
- 顶层的结构为
pci_host_bridge，这个结构一般由Host驱动负责来初始化创建； -
pci_host_bridge指向root bus，也就是编号为0的总线，在该总线下，可以挂接各种外设或物理slot，也可以通过PCI桥去扩展总线；
3. 流程分析
3.1 设备驱动模型
Linux PCI驱动框架，基于Linux设备驱动模型，因此有必要先简要介绍一下，实际上Linux设备驱动模型也是一个大的topic，先挖个坑，有空再来填。来张图吧：
- 简单来说，Linux内核建立了一个统一的设备模型，分别采用总线、设备、驱动三者进行抽象，其中设备与驱动都挂在总线上，当有新的设备注册或者新的驱动注册时，总线会去进行匹配操作（
match函数），当发现驱动与设备能进行匹配时，就会执行probe函数的操作； - 从数据结构中可以看出，
bus_type会维护两个链表，分别用于挂接向其注册的设备和驱动，而match函数就负责匹配检测； - 各类驱动框架也都是基于图中的机制来实现，在这之上进行封装，比如I2C总线框架等；
- 设备驱动模型中，包含了很多
kset/kobject等内容，建议去看看之前的文章《linux设备模型之kset/kobj/ktype分析》 - 好了，点到为止，感觉要跑题了，强行拉回来。
3.2 初始化
既然说到了设备驱动模型，那么首先我们要做的事情，就是先在内核里边创建一个PCI总线，用于挂接PCI设备和PCI驱动，我们的实现来到了pci_driver_init()函数：
- 内核在PCI框架初始化时会调用
pci_driver_init()来创建一个PCI总线结构（全局变量pci_bus_type），这里描述的PCI总线结构，是指驱动匹配模型中的概念，PCI的设备和驱动都会挂在该PCI总线上； - 从
pci_bus_type的函数操作接口也能看出来，pci_bus_match用来检查设备与驱动是否匹配，一旦匹配了就会调用pci_device_probe函数，下边针对这两个函数稍加介绍；
3.2.1 pci_bus_match
- 设备或者驱动注册后，触发
pci_bus_match函数的调用，实际会去比对vendor和device等信息，这个都是厂家固化的，在驱动中设置成PCI_ANY_ID就能支持所有设备； - 一旦匹配成功后，就会去触发
pci_device_probe的执行；
3.2.2 pci_device_probe
- 实际的过程也是比较简单，无非就是进行匹配，一旦匹配上了，直接调用驱动程序的probe函数，写过驱动的同学应该就比较清楚后边的流程了；
3.3 枚举
- 我们还是顺着设备驱动匹配的思路继续开展；
- 3.2节描述的是总线的创建，那么本节中的枚举，显然就是设备的创建了；
- 所谓设备的创建，就是在Linux内核中维护一些数据结构来对硬件设备进行描述，而硬件的描述又跟上文中的数据结构能对应上；
枚举的入口函数：pci_host_probe
- 设备的扫描从
pci_scan_root_bus_bridge开始，首先需要先向系统注册一个host bridge，在注册的过程中需要创建一个root bus，也就是bus 0，在pci_register_host_bridge函数中，主要是一系列的初始化和注册工作，此外还为总线分配资源，包括地址空间等； -
pci_scan_child_bus开始，从bus 0向下扫描并添加设备，这个过程由pci_scan_child_bus_extend来完成； - 从
pci_scan_child_bus_extend的流程可以看出，主要有两大块：- PCI设备扫描，从循环也能看出来，每条总线支持32个设备，每个设备支持8个功能，扫描完设备后将设备注册进系统，pci_scan_device的过程中会去读取PCI设备的配置空间，获取到BAR的相关信息，细节不表了；
- PCI桥设备扫描，PCI桥是用于连接上一级PCI总线和下一级PCI总线的，当发现有下一级总线时，创建子结构，并再次调用
pci_scan_child_bus_extend的函数来扫描下一级的总线，从这个过程看，就是一个递归过程。
- 从设备的扫描过程看，这是一个典型的DFS（
Depth First Search）过程，熟悉数据结构与算法的同学应该清楚，这就类似典型的走迷宫的过程；
如果你对上述的流程还不清楚，再来一张图：
- 图中的数字代表的就是扫描的过程，当遍历到PCI桥设备的时候，会一直穷究到底，然后再返回来；
- 当枚举过程结束后，系统中就已经维护了PCI设备的各类信息了，在设备驱动匹配模型中，总线和设备都已经具备了，剩下的就是写个驱动了；
暂且写这么多，细节方面不再赘述了，把握大体的框架即可，无法扼住PCI的咽喉，那就扼住它的骨架吧。
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