3. Linux 内核 PCI 子系统初始化流程：pci_init()、pci_scan_bus()、pci_assign_unassigned_resources()

在 Linux 内核启动过程中，PCI 子系统的初始化是设备枚举与资源分配的核心环节。整个流程可划分为三个阶段：子系统框架初始化（pci_init()）、总线拓扑扫描（pci_scan_bus()）以及未分配资源重排（pci_assign_unassigned_resources()）。这三个函数分别对应 PCI 枚举的“准备—发现—分配”三部曲。

3.1 pci_init()：PCI 子系统框架初始化

pci_init() 是 PCI 子系统的入口函数，在 arch_initcall(pci_init) 宏的驱动下，于内核启动早期被调用。其主要职责是建立 PCI 子系统运行所需的基础设施，包括数据结构、配置空间访问方法以及 ACPI 与 PCI 的绑定。

3.1.1 核心任务清单

3.1.2 ACPI-PCI 绑定的关键作用

在 pci_init() 阶段，acpi_pci_init() 会扫描 ACPI 命名空间中的 \_SB_.PCI0 等设备对象，并建立 acpi_device 与 pci_dev 之间的映射关系。这一绑定是后续中断路由查询（acpi_pci_irq_lookup）和资源分配（_CRS 解析）的前提。

3.2 pci_scan_bus()：总线拓扑扫描与设备发现

pci_scan_bus() 是 PCI 枚举的核心函数，负责递归遍历 PCI 总线拓扑，发现所有存在的 PCI 设备与桥，并为其分配 pci_dev 结构体。该函数通常由 pcibios_init() 或 ACPI 命名空间中的 \_SB_.PCI0 扫描触发。

3.2.1 扫描流程

1. 根总线创建： 调用 pci_create_root_bus() 创建总线 0，并绑定 ACPI 句柄。
2. 设备扫描： 遍历总线 0 上的所有设备号（0~31），读取 Vendor ID 寄存器，若为 0xFFFF 则跳过。
3. 桥设备处理： 若设备类型为 PCI-PCI 桥，则递归调用 pci_scan_bridge() 扫描次级总线。
4. 多功能设备： 对支持多功能的设备，扫描 Function 0~7。
5. 分配总线号： 为每个桥分配次级总线号（Secondary Bus Number）与 subordinate 总线号。

3.2.2 扫描结果的数据结构

扫描完成后，内核建立如下层级关系：

pci_bus 0 (Root Bus)
  ├── pci_dev 00:00.0 (Host Bridge)
  ├── pci_dev 00:01.0 (PCI-PCI Bridge) → pci_bus 1
  │     ├── pci_dev 01:00.0 (Network Card #1)
  │     └── pci_dev 01:00.1 (Network Card #2)
  ├── pci_dev 00:02.0 (PCI-PCI Bridge) → pci_bus 2
  │     └── pci_dev 02:00.0 (Network Card #3)
  └── pci_dev 00:1c.0 (PCIe Root Port) → pci_bus 3
        └── pci_dev 03:00.0 (Network Card #4)

3.3 pci_assign_unassigned_resources()：未分配资源重排

在扫描完成后，部分设备可能因固件预留不足或热插拔等原因，未获得有效的 I/O 或 MEM 地址范围。pci_assign_unassigned_resources() 负责对这些“孤儿”设备进行资源重排，确保所有设备都能被操作系统访问。

3.3.1 资源分配策略

3.3.2 分配流程

1. 收集未分配设备： 遍历所有 pci_dev，检查 resource 数组中的 flags 是否包含 IORESOURCE_UNSET。
2. 桥窗口计算： 对每个 PCI-PCI 桥，计算其下所有设备所需资源的总和，并考虑对齐与桥本身的限制。
3. 递归分配： 从叶节点（无桥的设备）开始分配，逐级向上更新桥窗口的基地址与限制寄存器。
4. 写入配置空间： 将计算出的基地址写入 BAR 寄存器，并验证写入回读是否一致。

3.4 三阶段协作流程总览

下图展示了 pci_init()、pci_scan_bus() 与 pci_assign_unassigned_resources() 之间的调用关系与数据流：

3.5 多网卡场景下的资源分配挑战

当系统中存在多张网卡（尤其是不同厂商、不同 BAR 大小的网卡）时，pci_assign_unassigned_resources() 的分配顺序与对齐策略直接影响资源利用率：

• I/O 空间碎片化： 网卡 I/O BAR 通常为 256 字节，但桥窗口以 4KB 对齐，导致大量 I/O 空间浪费。
• 64-bit MEM 窗口不足： 高端网卡（如 Mellanox ConnectX-6）需要 1GB 以上的 64-bit MEM 空间，若桥窗口未预留给 64-bit 地址，分配将失败。
• 热插拔预留： 部分固件在 _CRS 中预留了热插拔空间，但 pci_assign_unassigned_resources() 可能忽略这些预留，导致后续热插拔设备无资源可用。