QEMU源码全解析 —— PCI设备模拟（6）

本文链接： https://blog.csdn.net/phmatthaus/article/details/135543749

本文深入解析QEMU中PCI设备模拟的pci_register_bar函数，讲解PCIIORegion结构体的作用，以及MMIO在虚拟机中的处理流程。内容涉及MMIO的地址、大小、类型初始化，配置空间的设置，以及MMIO访问如何触发VM Exit并由QEMU进行模拟处理。

摘要由CSDN通过智能技术生成

接前一篇文章：

上一回讲到了pci_edu_realize函数中的pci_register_bar函数，本回对于其进行详细解析。

再次贴出pci_register_bar函数源码，在hw/ pci /pci.c中，代码如下：


void pci_register_bar(PCIDevice *pci_dev, int region_num,
                      uint8_t type, MemoryRegion *memory)
{
    PCIIORegion *r;
    uint32_t addr; /* offset in pci config space */
    uint64_t wmask;
    pcibus_t size = memory_region_size(memory);
    uint8_t hdr_type;
 
    assert(!pci_is_vf(pci_dev)); /* VFs must use pcie_sriov_vf_register_bar */
    assert(region_num >= 0);
    assert(region_num < PCI_NUM_REGIONS);
    assert(is_power_of_2(size));
 
    /* A PCI bridge device (with Type 1 header) may only have at most 2 BARs */
    hdr_type =
        pci_dev->config[PCI_HEADER_TYPE] & ~PCI_HEADER_TYPE_MULTI_FUNCTION;
    assert(hdr_type != PCI_HEADER_TYPE_BRIDGE || region_num < 2);
 
    r = &pci_dev->io_regions[region_num];
    r->addr = PCI_BAR_UNMAPPED;
    r->size = size;
    r->type = type;
    r->memory = memory;
    r->address_space = type & PCI_BASE_ADDRESS_SPACE_IO
                        ? pci_get_bus(pci_dev)->address_space_io
                        : pci_get_bus(pci_dev)->address_space_mem;
 
    wmask = ~(size - 1);
    if (region_num == PCI_ROM_SLOT) {
        /* ROM enable bit is writable */
        wmask |= PCI_ROM_ADDRESS_ENABLE;
    }
 
    addr = pci_bar(pci_dev, region_num);
    pci_set_long(pci_dev->config + addr, type);
 
    if (!(r->type & PCI_BASE_ADDRESS_SPACE_IO) &&
        r->type & PCI_BASE_ADDRESS_MEM_TYPE_64) {
        pci_set_quad(pci_dev->wmask + addr, wmask);
        pci_set_quad(pci_dev->cmask + addr, ~0ULL);
    } else {
        pci_set_long(pci_dev->wmask + addr, wmask & 0xffffffff);
        pci_set_long(pci_dev->cmask + addr, 0xffffffff);
    }
}

（1）首先根据region_num找到PCIDevice->io_regions数组中对应的项。PCI设备的MMIO存放在PCIIORegion 结构体中，结构体中保存了MMIO的地址、大小、类型等信息。

代码片段如下：

    r = &pci_dev->io_regions[region_num];

（2）得到region_num表示的PCIIORegion之后，进行一些初始化设置。


    r->addr = PCI_BAR_UNMAPPED;
    r->size = size;
    r->type = type;
    r->memory = memory;
    r->address_space = type & PCI_BASE_ADDRESS_SPACE_IO
                        ? pci_get_bus(pci_dev)->address_space_io
                        : pci_get_bus(pci_dev)->address_space_mem;

（3）然后将该region的type写到相应PCI配置空间对应BAR的地址处。代码片段如下：


    r->address_space = type & PCI_BASE_ADDRESS_SPACE_IO
                        ? pci_get_bus(pci_dev)->address_space_io
                        : pci_get_bus(pci_dev)->address_space_mem;

（4）最后设置PCI Device中wmask和cmask的值。代码片段如下：


    wmask = ~(size - 1);
    if (region_num == PCI_ROM_SLOT) {
        /* ROM enable bit is writable */
        wmask |= PCI_ROM_ADDRESS_ENABLE;
    }
 
    addr = pci_bar(pci_dev, region_num);
    pci_set_long(pci_dev->config + addr, type);
 
    if (!(r->type & PCI_BASE_ADDRESS_SPACE_IO) &&
        r->type & PCI_BASE_ADDRESS_MEM_TYPE_64) {
        pci_set_quad(pci_dev->wmask + addr, wmask);
        pci_set_quad(pci_dev->cmask + addr, ~0ULL);
    } else {
        pci_set_long(pci_dev->wmask + addr, wmask & 0xffffffff);
        pci_set_long(pci_dev->cmask + addr, 0xffffffff);
    }

操作系统与PCI设备交互的主要方式是PIO和MMIO。MMIO虽然是一段内存，但是其没有EPT映射，在虚拟机访问设备的MMIO时，会产生VM Exit；KVM识别此MMIO访问并且将该访问分派到应用层QEMU中；QEMU根据内存虚拟化的步骤进行分派，找到设备注册的MMIO读写回调函数；设备的MMIO读写回调函数根据设备的功能进行模拟，完成模拟之后可能会发送中断到虚拟机中，从而完成一些MMIO访问。