PCIem

Un framework noyau Linux permettant l'émulation synthétique de périphériques PCIe dans l'espace utilisateur. | Documentation

Qu'est-ce que PCIem ?

PCIem est un framework qui crée des périphériques PCIe virtuels dans le noyau Linux en exploitant quelques techniques novatrices pour peupler des cartes synthétiques en tant que périphériques PCI légitimes pour l'OS hôte.

Pour résumer ce qu'est PCIem : un framework pour (bien que non limité à) développer et tester des pilotes de périphériques PCIe sans nécessiter de matériel réel sur l'hôte.

Comparaison avec libfvio-user

PCIem et libfvio-user sont deux solutions différentes pour des besoins différents, il peut y avoir une confusion lors de la comparaison des deux, voici donc les différences (Voir figure 1 pour plus de détails).

La principale est que libvfio-user repose généralement sur un client (qui implémente le protocole vfio-user), généralement QEMU (via KVM, en utilisant des sorties de VM) pour exposer le périphérique PCIe émulé à l'invité. Vous écrivez votre serveur vfio (avec un mécanisme de rappel généralement) qui interagit ensuite avec le client.

Ce que fait PCIem à la place, c'est exposer le périphérique directement sur l'hôte ; pas de KVM, pas d'invités, pas de machines virtuelles, rien. Le périphérique apparaît sur le bus PCIe de l'hôte comme s'il était physiquement connecté.

Fonctionnalité	PCIem	libfvio-user
Connexion	Fichier de périphérique (`/dev/pciem`)	Sockets UNIX (protocole `vfio-user`)
Pilote cible s'exécute sur	Hôte	OS invité
Périphérique émulé s'exécute sur	Espace utilisateur	Espace utilisateur
Accès au périphérique	Direct (sur l'hôte)	Virtualisé (invité vers hôte)

Figure 1 : Comparaison entre les frameworks

Architecture

graph LR
    subgraph Kernel ["Host Linux Kernel"]
        direction TB

        RealDriver["Real PCIe Driver"]

        subgraph Framework ["PCIem Framework"]
            direction TB
            Config["PCI Config Space"]
            BARs["BARs"]
            IRQ["Interrupts"]
            DMA["DMA / IOMMU"]
        end

    end

    Interface(("/dev/pciem"))

    subgraph User ["Linux Userspace"]
        direction TB
        Shim["Device Emulation"]
    end

    Framework <==> Interface
    Interface <==> Shim

Fonctionnalités actuelles

Création de BAR : Créer et surveiller programmatiquement des régions BAR.
Traçage MMIO BAR : Détection et notification des lectures/écritures MMIO pour éviter le polling.
Prise en charge des interruptions : Injection d'interruptions Legacy/MSI/MSI-X.
Framework de capacités PCI : Système de capacités PCI (liste chaînée en dessous).
Système DMA : Accès DMA prenant en compte IOMMU depuis/vers un périphérique espace utilisateur.
- Support P2P (Preliminaire !) : DMA peer-to-peer entre périphériques avec contrôle d'accès basé sur une liste blanche.
Espace utilisateur : Implémenter vos périphériques PCIe entièrement dans l'espace utilisateur.