2. Linux PCIe子系统架构

PCIe 子系统在 Linux 内核中采用分层架构设计，从上到下依次为 驱动层、核心层 和 总线层。这种分层结构使得 PCIe 设备的枚举、配置空间访问、资源分配与驱动绑定等职责清晰分离，同时也为热插拔事件的传递与回调注册提供了稳定的基础设施。

2.1 三层职责划分

2.2 pci_bus 数据结构

pci_bus 是 PCIe 总线节点的内核表示，每个物理 PCI/PCIe 总线对应一个 pci_bus 实例。它维护了该总线上的设备链表、子总线链表以及资源分配信息。

struct pci_bus {
    struct list_head node;          /* 全局总线链表节点 */
    struct pci_bus  *parent;        /* 父总线（上游） */
    struct list_head children;      /* 子总线链表 */
    struct list_head devices;       /* 该总线上的设备链表 */
    struct pci_dev  *self;          /* 若为桥接设备，指向对应的 pci_dev */
    struct list_head slots;         /* 槽位链表（热插拔相关） */
    struct resource *resource[PCI_BRIDGE_RESOURCE_NUM]; /* 桥接窗口资源 */
    unsigned char    number;        /* 总线号 */
    unsigned char    primary;       /* 主总线号（桥接用） */
    unsigned char    secondary;     /* 次总线号 */
    unsigned char    subordinate;   /* 从属总线号范围上限 */
    unsigned int     is_added : 1;  /* 是否已添加到设备模型 */
    const struct pci_bus_ops *ops;  /* 总线操作（配置空间读写） */
    void *sysdata;                  /* 体系结构私有数据 */
};

2.3 pci_dev 数据结构

pci_dev 是 PCIe 设备在内核中的核心表示，每个物理 PCIe 功能（Function）对应一个 pci_dev 实例。它包含了设备的配置空间信息、资源映射、电源管理状态以及热插拔状态。

struct pci_dev {
    struct list_head bus_list;      /* 所在总线的设备链表节点 */
    struct pci_bus  *bus;           /* 所属总线 */
    struct pci_bus  *subordinate;   /* 若为桥接设备，指向下游总线 */
    unsigned int    devfn;          /* 设备号+功能号 (device<<3 | function) */
    unsigned short  vendor;         /* Vendor ID */
    unsigned short  device;         /* Device ID */
    unsigned short  subsystem_vendor; /* Subsystem Vendor ID */
    unsigned short  subsystem_device; /* Subsystem Device ID */
    unsigned int    class;          /* Class Code */
    u8              revision;       /* Revision ID */
    u8              hdr_type;       /* 配置空间头部类型 */
    struct resource resource[DEVICE_COUNT_RESOURCE]; /* BAR 资源数组 */
    struct pci_driver *driver;      /* 绑定的驱动 */
    struct device   dev;            /* 内核设备模型基类 */
    unsigned int    is_added : 1;   /* 是否已添加到驱动核心 */
    unsigned int    is_busmaster : 1; /* 总线主控使能 */
    unsigned int    no_d1d2 : 1;    /* 不支持 D1/D2 电源状态 */
    unsigned int    d3_delay;       /* D3 状态切换延迟 */
    unsigned int    current_state;  /* 当前电源状态 (D0/D1/D2/D3hot/D3cold) */
    int             error_state;    /* 通道错误状态 */
    struct pcie_link_state *link_state; /* PCIe 链路状态 */
};

2.4 pci_bus 与 pci_dev 的关联关系

2.5 热插拔事件在分层架构中的传递路径

1. 硬件中断触发：PCIe 热插拔控制器（如 pciehp）检测到槽位状态变化（Presence Detect 或 Button Pressed），产生中断。
2. 总线层响应：中断服务程序调用 pciehp_handle_presence_change()，通过 pci_bus 的 ops 操作配置空间。
3. 核心层重扫描：调用 pci_scan_slot() / pci_scan_bus() 枚举新设备，分配 pci_dev 并插入 pci_bus.devices 链表。
4. 驱动层回调：核心层通过 pci_bus_add_device() 将设备添加到驱动核心，触发 pci_driver->probe() 回调。
5. 移除流程：拔出时核心层调用 pci_stop_and_remove_bus_device()，依次触发 driver->remove() 并释放 pci_dev。

2.6 数据结构在热插拔回调注册中的角色