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Linux学习笔记：PCIe内核篇（1）：初始化与枚举流程

news 来源：原创 2025/6/15 6:51:34

根据system.map 查看内核中PCIe加载流程：

root@zh-vm:~# cat /boot/System.map-5.15.0-130-generic | grep pci | grep initcall
ffffffff8350ff68 d __initcall__kmod_pci__453_6907_pci_realloc_setup_params0
ffffffff83510098 d __initcall__kmod_probe__266_110_pcibus_class_init2
ffffffff8351009c d __initcall__kmod_pci_driver__419_1685_pci_driver_init2
ffffffff8351014c d __initcall__kmod_pci_acpi__284_1504_acpi_pci_init3
ffffffff83510158 d __initcall__kmod_pci__370_214_register_xen_pci_notifier3
ffffffff83510170 d __initcall__kmod_init__253_51_pci_arch_init3
ffffffff835102c0 d __initcall__kmod_slot__281_380_pci_slot_init4
ffffffff8351043c d __initcall__kmod_legacy__254_77_pci_subsys_init4
ffffffff83510444 d __initcall__kmod_pci_eisa__257_89_pci_eisa_init_early4s
ffffffff83510554 d __initcall__kmod_i386__269_373_pcibios_assign_resources5
ffffffff83510558 d __initcall__kmod_quirks__360_195_pci_apply_final_quirks5s
ffffffff83510564 d __initcall__kmod_pci_dma__265_136_pci_iommu_initrootfs
ffffffff83510758 d __initcall__kmod_pwm_lpss_pci__258_120_pwm_lpss_driver_pci_init6
ffffffff83510760 d __initcall__kmod_pcieportdrv__258_274_pcie_portdrv_init6
ffffffff83510764 d __initcall__kmod_proc__257_469_pci_proc_init6
ffffffff83510768 d __initcall__kmod_pci_hotplug__288_573_pci_hotplug_init6
ffffffff83510770 d __initcall__kmod_pci_ep_cfs__267_731_pci_ep_cfs_init6
ffffffff83510774 d __initcall__kmod_pci_epc_core__286_849_pci_epc_init6
ffffffff83510778 d __initcall__kmod_pci_epf_core__284_561_pci_epf_init6
ffffffff8351077c d __initcall__kmod_pcie_designware_plat__259_192_dw_plat_pcie_driver_init6
ffffffff835107f4 d __initcall__kmod_virtio_pci__289_638_virtio_pci_driver_init6
ffffffff83510810 d __initcall__kmod_platform_pci__364_193_platform_driver_init6
ffffffff83510830 d __initcall__kmod_8250_pci__275_6463_serial_pci_driver_init6
ffffffff83510834 d __initcall__kmod_8250_mid__263_402_mid8250_pci_driver_init6
ffffffff835108d4 d __initcall__kmod_pata_sis__333_909_sis_pci_driver_init6
ffffffff835108d8 d __initcall__kmod_ata_generic__318_250_ata_generic_pci_driver_init6
ffffffff83510900 d __initcall__kmod_vfio_pci_core__326_2248_vfio_pci_core_init6
ffffffff83510904 d __initcall__kmod_vfio_pci__271_264_vfio_pci_init6
ffffffff83510914 d __initcall__kmod_ehci_pci__268_432_ehci_pci_init6
ffffffff83510920 d __initcall__kmod_ohci_pci__274_321_ohci_pci_init6
ffffffff835109a0 d __initcall__kmod_intel_scu_pcidrv__253_55_intel_scu_pci_driver_init6
ffffffff83510ae0 d __initcall__kmod_pci__450_6732_pci_resource_alignment_sysfs_init7
ffffffff83510ae4 d __initcall__kmod_pci_sysfs__304_1424_pci_sysfs_init7
ffffffff83510b64 d __initcall__kmod_mmconfig_shared__282_718_pci_mmcfg_late_insert_resources7

同时：

root@zh-vm:/lib# cat /boot/System.map-5.15.0-130-generic | grep acpi_init | grep initcall
ffffffff835102cc d __initcall__kmod_acpi__408_1364_acpi_init4

因此，整体启动顺序如下：

--> pcibus_class_init()
--> pci_driver_init()
--> acpi_pci_init()
--> pci_arch_init()
--> pci_slot_init()
--> acpi_init()
--> pci_subsys_init()

整个过程主要分为两部分 扫描设备 和 分配资源 ：

（1）pcibus_class_init(): 注册pci_bus class，完成后创建了/sys/class/pci_bus目录。
（2）pci_driver_init(): 注册pci_bus_type, 完成后创建了/sys/bus/pci目录。
（3）acpi_pci_init(): 注册acpi_pci_bus, 并提供了一系列系统资源管理操作，包括：

ACPI寄存器
ACPI BIOS
ACPI Tables

（4）acpi_init(): apci启动所涉及到的初始化、枚举流程，PCIe基于acpi的启动流程从该接口进入。也是扫描设备的主要流程入口，主要包括以下几部分：

1）ACPI 子系统初始化

acpi_init()  # ACPI 子系统总入口（drivers/acpi/bus.c）|--> mmcfg_late_init()   # acpi扫描MCFG表，MCFG表中定义了ecam资源|--> acpi_bus_init()     # 初始化 ACPI 总线|--> acpi_scan_init()    # 初始化 ACPI 设备扫描框架|--> acpi_pci_root_init()  # 初始化 PCI Root Bridge 扫描（关键入口）|--> acpi_scan_add_handler_with_hotplug(&pci_root_handler, "pci_root");|--> .attach = acpi_pci_root_add|--> acpi_pci_link_init()|--> acpi_bus_scan()  # 扫描 ACPI 命名空间中的设备|--> acpi_walk_namespace() # 遍历全部device，为这些acpi device创建数据结构|--> acpi_bus_attach()  # 探测匹配的 ACPI 设备|--> handler->attach()  # 调用 PCI Root Bridge 的 attach 回调|--> acpi_pci_root_add()  # 创建并注册 PCI Root Bridge|--> pci_acpi_scan_root()  # 核心 PCIe 枚举入口（见下文）

2）PCIe 总线枚举与设备扫描

| pci_acpi_scan_root()  # 处理 ACPI PCI Root Bridge（drivers/acpi/pci_root.c）
|--> acpi_pci_root_create()  # 创建 PCI Host Bridge|--> pci_create_root_bus()  # 创建 PCI 根总线（drivers/pci/probe.c）|--> pci_alloc_host_bridge()  # 分配 Host Bridge 结构体|--> pci_register_host_bridge()  # 注册 Host Bridge|--> pci_scan_child_bus()  # 递归扫描子总线（核心扫描逻辑）|--> pci_scan_child_bus_extend(bus, 0)|--> for (devfn = 0; devfn < 256; devfn += 8)  # 遍历所有可能的设备/功能号|--> pci_scan_slot(bus, devfn)  # 检查指定插槽是否存在设备|--> pci_scan_single_device()|--> pci_scan_device(bus, devfn)  # 初始化设备|--> pci_bus_read_dev_vendor_id()  # 读取设备厂商ID|--> pci_alloc_dev()  # 分配设备结构体|--> pci_setup_device()  # 配置设备 BAR、Class 等|--> pci_device_add(dev, bus)  # 将设备添加到总线|--> pci_configure_device()  # 配置设备寄存器|--> pci_init_capabilities()  # 初始化 PCIe Capabilities|--> pcibios_add_device()  # 平台特定设备添加逻辑|--> for_each_pci_bridge(dev, bus) |--> pci_scan_bridge_extend()  # 扫描桥接器扩展总线|--> pci_add_new_bus()  # 添加新总线|--> pci_scan_child_bus_extend()  # 递归扫描新总线

总体流程便是：

ACPI 初始化 → MCFG 解析 → 发现根桥 → 创建根总线 → 递归扫描设备 → 资源分配 → 中断设置 → 驱动绑定

(1) BIOS预扫描与Kernel扫描启动

BIOS阶段会先进行初步扫描，但结果可能不完整或不可直接使用。
内核启动后，通过acpi_init()初始化ACPI子系统，扫描MCFG表（mmcfglateinit()）获取ECAM资源，为PCIe枚举做准备。

(2) 设备扫描阶段（深度优先）

从主桥（Host Bridge）开始，调用pci_acpi_scan_root()进入核心枚举流程。
通过pci_create_root_bus()创建根总线，并调用pci_scan_child_bus()扫描根总线下的设备。
遍历所有设备槽位pci_scan_slot()，调用pci_scan_device()检查设备是否存在并初始化。
若遇到桥接器for_each_pci_bridge(dev, bus)，则扩展总线号（pci_scan_bridge_extend()），递归扫描子总线（pci_scan_child_bus_extend()）。
扫描过程中构建PCIe拓扑结构，并收集所有设备所需的资源信息（如内存、I/O、中断）。