一、PCIe简介
PCIe代表的是Peripheral Component Interconnect Express，是目前最常用的电脑总线之一，并且已经成为了主流的电脑主板和其他设备的标准接口。PCIe它在传输效率、带宽、扩展性等方面都有着较大的优势，是现代电脑的重要组成部分。PCIe总线包括像网卡、磁盘等各种类型的设备。PCIe总线被设计为支持高带宽、低延迟和快速的数据传输。
二、PCIe驱动程序及架构
在Linux中，PCIe驱动程序使用了分层的设计体系结构，由内向外分别是PCIe核心、PCIe驱动程序，驱动程序也分为总线驱动程序和设备驱动程序。
1. PCIe驱动程序
PCIe驱动程序是一种基于内核的设备驱动程序，负责控制PC中的PCIe总线。PCIe驱动程序可以访问硬件设备的物理地址，编写驱动程序时，可以使用DMA（Direct Memory Access）技术将数据复制到内存中。
2. 驱动程序分层
Linux PCIe驱动程序的架构是包含了以下几个层次：
1.平台总线
平台总线是所有的硬件驱动程序的核心。它主要由平台总线核心和平台设备子系统组成，它们为启动过程提供了基本的框架。这些总线的主要任务是为通信提供一个清晰的API，并且将所有设备驱动程序集成到操作系统中。
2.总线驱动程序
PCIe总线驱动程序主要是负责与PCIe总线硬件直接交互的硬件抽象层（HAL），它利用平台总线API进行与PCIe总线硬件相关的数据传输，为设备驱动程序提供接口。
3.设备驱动程序
设备驱动程序是用户空间程序和真实PCIe设备间的接口层，负责向用户空间提供PCIe设备的API，同时向总线驱动程序提供PCIe设备的操作接口。驱动程序的主要目的是为计算机系统中的各个硬件设备提供标准接口，为这些设备提供最优性能和最高的可靠性，以及良好的互操作性和极高的可维护性。
三、使用Linux编写PCIe程序
使用Linux编写PCIe程序需要先确定好硬件设备的型号、制造商、地址等相关信息，并编写出相应的驱动程序。以下是一个简单的使用Linux PCI功能的示例：
// 在驱动程序的probe()函数中注册设备
static int my_pci_probe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *id)
{
int ret;
ret = pci_enable_device(pdev);
if (ret)
goto fail_enable;
// 添加本地资源
ret = pci_request_regions(pdev, MY_DRIVER_NAME);
if (ret)
goto fail_regions;
// 映射本地资源
my_device->base_addr = pci_iomap(pdev, 0, -1);
if (!my_device->base_addr)
goto fail_iomap;
// 添加设备到系统
ret = misc_register(&my_device->misc_device);
if (ret)
goto fail_misc;
dev_info(&my_device->pdev->dev, "my_driver: probed successfully\n");
return 0;
fail_misc:
pci_iounmap(pdev, my_device->base_addr);
fail_iomap:
pci_release_regions(pdev);
fail_regions:
pci_disable_device(pdev);
fail_enable:
dev_err(&pdev->dev, "my_driver: probe failed with %d\n", ret);
return ret;
}
以上代码使用了驱动程序中的probe()函数，注册了设备并启用了PCIe总线设备，然后请求PCIe资源并映射，最后在系统中添加设备。这是一个基本的PCIe驱动程序示例，可以根据实际情况进行修改。
四、PCIe性能与优化
想要获得更好的PCIe性能，需要考虑优化传输大小、使用DMA技术、优化电源管理等方面。
1. 传输大小
在数据传输时，可以考虑一次性传输更多的数据，减少加锁和解锁操作的次数，从而提高传输效率。
2. DMA技术
利用DMA技术可以将数据传输到内存中，直接操作内存中的缓冲区。不仅可以提高传输效率和速度，而且可以减少CPU的负担，尽量避免CPU的干预，提高系统性能。
3. 电源管理
为了减少功率消耗和延长电池寿命，可以在未使用时关闭PCIe设备。可以考虑使用pm_runtime机制来实现这个功能，以达到最佳的功率管理。
五、小结
这篇文章简单介绍了Linux PCIe的相关知识，包括了PCIe简介、PCIe驱动程序及架构、使用Linux编写PCIe程序以及PCIe性能与优化。对于Linux PCIe开发工程师来说，理解PCIe的架构和性能优化技术对于更好更高效地进行开发具有重要意义。