3. Linux PCIe 子系统架构：pci_bus、pci_dev、pci_driver 数据结构与核心 API

Linux PCIe 子系统是内核中最为成熟的设备模型之一，它通过三层核心数据结构——pci_bus、pci_dev、pci_driver——将物理总线拓扑、功能设备与驱动逻辑解耦。理解这三者的关系与核心 API，是编写正确 PCIe 驱动的基石。

3.1 核心数据结构层次

PCIe 子系统采用“总线 → 设备 → 驱动”的三层模型，与 Linux 设备模型（bus_type、device、device_driver）一一对应。下图展示了这三者在系统中的组织关系：

3.2 pci_bus：总线拓扑的骨架

struct pci_bus 是 PCIe 层次化拓扑的核心表示。每个 PCIe 域（Domain）对应一个根总线（Root Bus），其下通过桥设备（Bridge）挂载子总线。关键字段如下：

3.3 pci_dev：功能设备的抽象

struct pci_dev 代表一个 PCIe 功能（Function），无论是物理设备还是虚拟功能（VF）。驱动开发者最常打交道的字段包括：

struct pci_dev {
    struct pci_bus  *bus;           // 所属总线
    unsigned int    devfn;          // 设备号(高5位) + 功能号(低3位)
    unsigned short  vendor;         // 厂商ID (0x8086 Intel, 0x10ee Xilinx)
    unsigned short  device;         // 设备ID
    unsigned short  subsystem_vendor; // 子系统厂商ID
    unsigned short  subsystem_device; // 子系统设备ID
    unsigned int    class;          // 类代码 (存储类、网络类等)
    u8              revision;       // 修订版本
    u8              pcie_cap;       // PCIe Capability 偏移
    int             irq;            // 中断号 (INTx/MSI/MSI-X)
    struct resource resource[DEVICE_COUNT_RESOURCE]; // BAR0~BAR5 + ROM
    struct pci_driver *driver;      // 当前绑定的驱动
    unsigned int    is_virtfn:1;    // 是否为SR-IOV虚拟功能
    unsigned int    is_physfn:1;    // 是否为SR-IOV物理功能
};

3.4 pci_driver：驱动注册与回调

struct pci_driver 是驱动开发者需要定义和注册的核心结构。其生命周期由 pci_register_driver() 和 pci_unregister_driver() 管理。

struct pci_driver {
    const char *name;                       // 驱动名称，在 /sys/bus/pci/drivers/ 下可见
    const struct pci_device_id *id_table;   // 支持的设备ID表，以 {0,} 结尾
    int  (*probe)(struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id);
    void (*remove)(struct pci_dev *dev);
    int  (*suspend)(struct pci_dev *dev, pm_message_t state);
    int  (*resume)(struct pci_dev *dev);
    struct device_driver driver;            // 内嵌通用设备驱动
};

设备 ID 表使用 PCI_VDEVICE() 或 { PCI_DEVICE(vendor, device) } 宏定义：

static const struct pci_device_id my_pci_ids[] = {
    { PCI_DEVICE(0x10ee, 0x7021) },  // Xilinx DMA
    { PCI_DEVICE(0x8086, 0x10fb) },  // Intel 82599
    { 0, }  // 终止项
};
MODULE_DEVICE_TABLE(pci, my_pci_ids);

3.5 核心 API 速查表

以下 API 是 PCIe 驱动开发中最常用的函数，按功能分类列出：

3.6 驱动探测流程

当 PCI 核心检测到新设备时，触发以下完整流程：

1. 设备枚举： PCI 核心读取配置空间 Vendor/Device ID，创建 struct pci_dev 并挂入 bus->devices 链表。
2. 驱动匹配： 遍历已注册的 pci_driver，调用 pci_match_device() 比对 id_table。
3. probe() 调用： 匹配成功后，调用驱动的 probe() 回调，传入 pci_dev 和匹配的 pci_device_id。
4. 驱动初始化： 在 probe() 中完成：启用设备（pci_enable_device()）、设置 DMA 掩码、映射 BAR、注册中断。
5. 设备移除： 驱动卸载或设备热拔出时，调用 remove() 释放资源。

3.7 设备树与 ACPI 下的差异

虽然 pci_bus/pci_dev/pci_driver 是平台无关的抽象，但底层资源获取方式因固件接口而异：