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title: PCIe と USB ドライバモデル
url: https://doc.liz6.com/ja/linux-kernel/10-drivers-and-device-model/02-pcie-and-usb-driver-model
locale: ja
area: linux-kernel
tags:
- linux-kernel
- drivers-and-device-model
date: 2026-06-30
modified: 2026-07-16
description: 'カバー範囲: PCIe 列挙 (BAR/MMIO/MSI) → pci_driver → USB プロトコルスタック (URB/エンドポイント) → usb_driver → ホットプラグ → 電源管理。カーネルバージョン: 2.6 ~ 6.x'
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# PCIe と USB ドライバモデル
> カバー範囲: PCIe 列挙 (BAR/MMIO/MSI) → pci_driver → USB プロトコルスタック (URB/エンドポイント) → usb_driver → ホットプラグ → 電源管理
> カーネルバージョン: 2.6 ~ 6.x
## PCIe
### バス列挙
### pci_dev
```c
// include/linux/pci.h
struct pci_dev {
struct pci_bus *bus; // 所属バス
unsigned int devfn; // デバイス + 機能
unsigned short vendor, device; // pci_device_id とのマッチング用
unsigned short subsystem_vendor, subsystem_device;
u32 class; // デバイスクラス (NVMe, VGA, USB, ...)
struct resource resource[6]; // BAR 0〜5 (MMIO/IO アドレス範囲)
unsigned int irq; // 割り込み番号 (MSI 割り当て後の新しい番号の場合あり)
struct pcie_link_state *link_state; // PCIe リンク (gen, width)
// DMA
u64 dma_mask; // アドレス指定可能な範囲
struct device dev; // 埋め込み device（デバイスモデル）
};
```
### pci_driver
```c
struct pci_driver {
const struct pci_device_id *id_table; // マッチングテーブル
int (*probe)(struct pci_dev *, const struct pci_device_id *);
void (*remove)(struct pci_dev *);
int (*suspend)(struct pci_dev *, pm_message_t);
int (*resume)(struct pci_dev *);
struct device_driver driver; // 埋め込み driver（PCI バスに登録）
};
// 登録: pci_register_driver(&mydrv)
// バインディング: PCI バス列挙 → vendor:device のマッチ → probe()
```
### MSI/MSI-X
```c
// メッセージベースの割り込みは INTx 線割り込みの代替:
// MSI: 単一ベクターまたは少数のベクター
// MSI-X: 最大 2048 個の独立したベクター
// 割り当て:
int nvec = pci_alloc_irq_vectors(pdev, 1, 16, PCI_IRQ_MSIX);
// → 16 個の MSI-X ベクター → pci_irq_vector(pdev, i) で Linux IRQ 番号を取得
// 各ベクターは独立したアフィニティを持つ → 異なる CPU にバインド可能
// NVMe: 各 IO キューに MSI-X を 1 つ割り当て → 割り込みの並列処理
```
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## USB
### USB プロトコルスタック
```c
// drivers/usb/core/
// 階層構造:
// USB Core (usbcore): プロトコル実装、URB 管理
// ホストコントローラドライバ (HCD): xHCI, EHCI, OHCI
// デバイスドライバ: usb_driver（例: usb-storage, usbhid）
// USB デバイスの記述子階層:
// デバイス記述子 → 構成記述子 → インターフェース記述子 → エンドポイント記述子
// 1 つの USB デバイス: 1 デバイス、N 構成、M インターフェース、K エンドポイント
// エンドポイントの種類:
// Control: セットアップパケット（設定コマンド）
// Bulk: 大量データ転送（ストレージ、プリンタ）
// Interrupt: 定期的ポーリング（HID: キーボード/マウス）
// Isochronous: リアルタイムストリーム（音声/映像、再送なし）
```
### URB（USB リクエストブロック）
```c
// include/linux/usb.h
struct urb {
struct usb_device *dev; // 宛先デバイス
unsigned int pipe; // エンドポイント + 方向のエンコーディング
void *transfer_buffer;
u32 transfer_buffer_length;
int actual_length;
usb_complete_t complete; // 完了コールバック
int status; // 完了ステータス (0=OK, -EPROTO, -ETIMEDOUT, ...)
int interval; // インターラプト/アイソクロナス転送のポーリング間隔
};
```
### usb_driver
```c
struct usb_driver {
const struct usb_device_id *id_table; // VID/PID マッチング
int (*probe)(struct usb_interface *, const struct usb_device_id *);
void (*disconnect)(struct usb_interface *);
struct device_driver drvwrap; // 埋め込み driver（USB バスに登録）
};
```
**重要**: `probe` の対象は `usb_device` ではなく `usb_interface` である。1 つの USB デバイスに複数のインターフェースが存在する場合があるため（例: ウェブカメラのビデオインターフェースとオーディオインターフェース）、異なるインターフェースに異なるドライバをバインドできる。
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## ホットプラグ
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## 参考
- **ソースコード**: `drivers/pci/`, `drivers/usb/core/`, `include/linux/pci.h`, `include/linux/usb.h`
- **カーネルドキュメント**: `Documentation/PCI/`, `Documentation/driver-api/usb/`
- **LWN**: 「The PCI subsystem」、「USB in the Linux kernel」
*キーワード: PCIe, BAR, MSI-X, pci_driver, USB, URB, endpoint, usb_driver, hotplug, udev*