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title: PCIe 与 USB 驱动模型
url: https://doc.liz6.com/linux-kernel/10-drivers-and-device-model/02-pcie-and-usb-driver-model
locale: zh
area: linux-kernel
tags:
- linux-kernel
- 驱动与设备模型
date: 2026-06-30
modified: 2026-07-11
description: '覆盖: PCIe 枚举 (BAR/MMIO/MSI) → pci_driver → USB 协议栈 (URB/endpoint) → usb_driver → 热插拔 → 电源管理 内核版本: 2.6 ~ 6.x'
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# PCIe 与 USB 驱动模型
> 覆盖: PCIe 枚举 (BAR/MMIO/MSI) → pci_driver → USB 协议栈 (URB/endpoint) → usb_driver → 热插拔 → 电源管理
> 内核版本: 2.6 ~ 6.x
## PCIe
### 总线枚举
### pci_dev
```c
// include/linux/pci.h
struct pci_dev {
struct pci_bus *bus; // 所在总线
unsigned int devfn; // device + function
unsigned short vendor, device; // 匹配 pci_device_id
unsigned short subsystem_vendor, subsystem_device;
u32 class; // 设备类 (NVMe, VGA, USB, ...)
struct resource resource[6]; // BAR 0~5 (MMIO/IO 地址范围)
unsigned int irq; // 中断号 (可能是 MSI 后分配的新号)
struct pcie_link_state *link_state; // PCIe 链路 (gen, width)
// DMA
u64 dma_mask; // 可寻址范围
struct device dev; // 内嵌 device (设备模型)
};
```
### pci_driver
```c
struct pci_driver {
const struct pci_device_id *id_table; // 匹配表
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; // 内嵌 driver (注册到 PCI bus)
};
// 注册: pci_register_driver(&mydrv)
// 绑定: PCI bus 枚举 → match vendor:device → probe()
```
### MSI/MSI-X
```c
// 基于消息的中断替代 INTx 线中断:
// MSI: 单个向量或少量向量
// MSI-X: 最多 2048 个独立向量
// 分配:
int nvec = pci_alloc_irq_vectors(pdev, 1, 16, PCI_IRQ_MSIX);
// → 16 个 MSI-X 向量 → pci_irq_vector(pdev, i) 获取 Linux IRQ 号
// 每个向量独立亲和性 → 可绑到不同 CPU
// NVMe: 每 IO 队列一个 MSI-X → 中断并行处理
```
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## USB
### USB 协议栈
```c
// drivers/usb/core/
// 分层:
// USB Core (usbcore): 协议实现, URB 管理
// Host Controller Driver (HCD): xHCI, EHCI, OHCI
// Device Driver: usb_driver (如 usb-storage, usbhid)
// USB 设备的描述符层次:
// Device Descriptor → Config Descriptor → Interface Descriptor → Endpoint Descriptor
// 一个 USB 设备: 1 device, N configs, M interfaces, K endpoints
// Endpoint 类型:
// Control: setup packet (配置命令)
// Bulk: 大块传输 (存储, 打印机)
// Interrupt: 定时轮询 (HID: 键盘/鼠标)
// Isochronous: 实时流 (音视频, 无重传)
```
### URB (USB Request Block)
```c
// include/linux/usb.h
struct urb {
struct usb_device *dev; // 目标设备
unsigned int pipe; // endpoint + direction 编码
void *transfer_buffer;
u32 transfer_buffer_length;
int actual_length;
usb_complete_t complete; // 完成回调
int status; // 完成状态 (0=OK, -EPROTO, -ETIMEDOUT, ...)
int interval; // 中断/等时传输的轮询间隔
};
```
### usb_driver
```c
struct usb_driver {
const struct usb_device_id *id_table; // VID/PID 匹配
int (*probe)(struct usb_interface *, const struct usb_device_id *);
void (*disconnect)(struct usb_interface *);
struct device_driver drvwrap; // 内嵌 driver (注册到 USB bus)
};
```
**关键**: probe 的对象是 `usb_interface`，不是 `usb_device`——因为一个 USB 设备可以有多个接口（如 webcam: video interface + audio interface），不同接口可以绑定不同驱动。
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## 热插拔
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## 参考
- **源码**: `drivers/pci/`, `drivers/usb/core/`, `include/linux/pci.h`, `include/linux/usb.h`
- **内核文档**: `Documentation/PCI/`, `Documentation/driver-api/usb/`
- **LWN**: "The PCI subsystem", "USB in the Linux kernel"
*关键词: PCIe, BAR, MSI-X, pci_driver, USB, URB, endpoint, usb_driver, hotplug, udev*