Ch 10: Linux PCI Basics — Enumeration·Driver Model·sysfs

#한 줄 요약

“Linux PCI subsystem은 firmware·UEFI가 끝낸 enumeration을 받아 struct pci_dev로 표현하고, pci_driver의 id_table과 매칭해 probe → resource → IRQ → I/O의 생명주기를 관리합니다.” — /sys/bus/pci/가 모든 device·driver 통합 view. lspci도 결국 sysfs read. ACPI PRT·MCFG가 firmware↔kernel 인터페이스.

Ch 3 Configuration Space·Ch 4 BAR에서 device가 자기를 광고하는 layout을 봤습니다. 이 장은 Linux가 그 layout을 읽어 driver model로 통합하는 흐름을 본격적으로 분해합니다.

#Boot Enumeration

Re-enumeration은 hot-plug·VFIO에서 일어남. echo 1 > /sys/bus/pci/rescan으로 manual trigger.

#struct pci_dev — 핵심 멤버

drivers/pci/probe.c에서 struct pci_dev 할당·초기화.

#struct pci_driver

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static const struct pci_device_id my_pci_table[] = {
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    { PCI_DEVICE(0x8086, 0x1234) },
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    { PCI_DEVICE_CLASS(PCI_CLASS_NETWORK_ETHERNET << 8, ~0) },
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    { 0 }
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};
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MODULE_DEVICE_TABLE(pci, my_pci_table);
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static struct pci_driver my_driver = {
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    .name     = "mydrv",
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    .id_table = my_pci_table,
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    .probe    = my_probe,
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    .remove   = my_remove,
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};
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module_pci_driver(my_driver);

#Driver Matching

Vendor·Device ID 매칭이 기본. 추가 매칭:

여러 driver가 같은 device 매칭하면 bind priority에 따라 결정. /sys/bus/pci/drivers/<drv>/bind로 수동 binding.

#probe·remove 생명 주기

각 단계 실패면 별도 errno. dmesg | grep <drv>로 각 단계 결과 추적.

#sysfs 구조

/sys/bus/pci/:

lspci는 사실상 sysfs 읽기. lspci -t로 topology tree, lspci -vv로 상세 capability dump.

#ACPI 통합

x86은 ACPI 의존도 큼. ARM·POWER는 DT (Device Tree) 또는 ACPI + DT 혼용.

#pcie-portdriver

Root Port·Switch Port 같은 service를 portdrv가 통합:

drivers/pci/pcie/portdrv.c가 각 service 모듈에 dispatch. portbus driver model.

#자주 하는 실수

#”pci_enable_device 안 해도 BAR 읽기 됨”

sysfs config는 enable 무관. BAR I/O·DMA는 반드시 enable 후. pci_request_regions까지 안 하면 다른 driver와 충돌 가능.

#”MODULE_DEVICE_TABLE 없으면 작동 안 함”

작동은 함 — 다만 udev autoload 안 됨. manual modprobe 필요. 항상 MODULE_DEVICE_TABLE(pci, …) 등록 권장.

#”ID 매칭만 되면 probe 호출”

Class·subsystem ID도 매칭. *generic driver (예: nouveau)*가 priority 낮은 매칭. vendor-specific driver가 우선 binding.

#”sysfs config write로 BAR 변경”

BAR write는 driver가 owner일 때만 안전. manual setpci는 driver 영향 — device hang 또는 OS crash 위험.

#”remove가 동기로 즉시 완료”

driver remove는 outstanding I/O·workqueue 등 cleanup 필요. 비동기 cleanup 패턴 흔함. 완료 보장은 wait_for_completion 등 명시적.

#정리

• Linux PCI subsystem은 firmware enumeration을 struct pci_dev로 흡수.
• pci_driver의 id_table과 device ID 매칭해 probe/remove.
• Probe 패턴: enable → request_regions → set_master → iomap → alloc_irq_vectors → request_irq.
• /sys/bus/pci/가 모든 통합 view — lspci도 sysfs 읽기.
• ACPI MCFG·PRT가 firmware↔kernel 인터페이스.
• pcie-portdriver가 AER·hot-plug·PM·DPC service 통합.
• MODULE_DEVICE_TABLE로 udev autoload.

#다음 편

Ch 11: DMA·IOMMU — ATS·PRI·PASID·IOMMUFD에서 DMA buffer 관리·IOMMU mapping·SVM 기반을 본격적으로 분해합니다.

#관련 항목

• Ch 3: Configuration Space
• Ch 4: BAR & MMIO — pci_iomap
• Ch 5: Interrupts — pci_alloc_irq_vectors
• Ch 7: Error Handling — pci_error_handlers

#시리즈 자료 출처 안내

본 글의 1차 자료·정책은 Ch 1 footer 참고.