使用VFIO进行用户态驱动开发
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发布时间：2024-10-21 17:28
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时间：2024-11-11 01:51
使用VFIO进行用户态驱动开发旨在实现高性能的硬件设备访问，通过将硬件设备寄存器映射至用户态VA空间，实现设备在用户空间的直接操作。以下是具体步骤：
首先，在系统中启用VFIO和iommu。对于ARM，需在BIOS中选择"MISC config"，然后开启"Support SMMU"。对于X86架构，通过"Intel @ Vt-d"选项启用VMD-x。接着，确保在Linux内核启动参数中添加了"iommu.passthrough=1"，并通过执行"cat /proc/cmdline"验证启动参数是否成功添加。
加载vfio-pci内核模块，这将加载vfio_pci.ko, vfio_virqfd.ko, vfio_iommu_type1.ko, vfio.ko这四个关键模块，为设备驱动做准备。
针对需要驱动的设备（例如0000:7b:00.0），获取其vendor id和device id，然后通过解绑定原有驱动，绑定到vfio-pci。接着，确定设备所在的iommu group，以便后续操作。
获取vfio接管下的device fd，视其为文件，该文件包含了设备的所有可访问资源。通过mmap将这些资源映射至用户态空间，允许直接读写，如中断、pci配置空间、扩展配置空间以及6个bar空间。其中，pci配置空间和部分资源不可直接映射，需要通过read/write系统调用进行间接读写。
访问PCI配置空间时，需了解设备的region数量及pci配置空间的具体偏移，以便进行读写操作。
对于设备的bar空间，由于其属于可映射区域，可通过mmap将bar空间映射至用户态空间，实现读写操作。此时，register_base为寄存器空间的基地址，与寄存器偏移结合访问各个寄存器。
使用iommu时，旨在解决DMA访问内存的连续性问题，避免不同程序间的干扰，以及在设备访问高端内存时的*。VFIO中的iommu概念涉及容器、分组和IOMMU设备，通过选择合适的iommu驱动和页表实例，实现设备地址的正确映射。
在用户态处理中断，通过内核的中断处理函数，用户态驱动创建eventfd并与中断绑定。一旦中断触发，eventfd变为可读，用户态驱动通过epoll监测eventfd，接收到中断通知。此外，对于基于DPDK的应用，eal-intr-thread中断处理线程负责中断处理，用户只需注册中断和处理函数即可。
QEMU VFIO实现涉及特定的数据结构和初始化流程，这些细节在后续文档中详细阐述。
