PCIem

PCIem क्या है?

PCIem एक फ्रेमवर्क है जो Linux कर्नेल में वर्चुअल PCIe डिवाइस बनाता है, जिसमें कुछ नवीन तकनीकों का उपयोग करके सिंथेटिक कार्ड को होस्ट OS में वैध PCI डिवाइस के रूप में प्रस्तुत किया जाता है।

संक्षेप में PCIem: यह PCIe डिवाइस ड्राइवरों को विकसित करने और परीक्षण करने के लिए एक फ्रेमवर्क है (इसी तक सीमित नहीं) जिसमें होस्ट पर वास्तविक हार्डवेयर की आवश्यकता नहीं होती।

libfvio-user से तुलना

PCIem और libfvio-user विभिन्न आवश्यकताओं के लिए दो अलग-अलग समाधान हैं; दोनों की तुलना करने पर भ्रम हो सकता है, इसलिए यहाँ अंतर दिए गए हैं (अधिक जानकारी के लिए चित्र 1 देखें)।

मुख्य अंतर यह है कि libvfio-user आमतौर पर एक क्लाइंट पर निर्भर करता है (जो vfio-user प्रोटोकॉल लागू करता है), आमतौर पर QEMU (KVM के माध्यम से, VM निकास का उपयोग करके) जो एमुलेटेड PCIe डिवाइस को गेस्ट को उजागर करता है। आप अपना vfio सर्वर लिखते हैं (आमतौर पर कॉलबैक तंत्र के साथ) जो फिर क्लाइंट के साथ इंटरैक्ट करता है।

इसके विपरीत, PCIem डिवाइस को सीधे होस्ट पर उजागर करता है; कोई KVM, कोई गेस्ट, कोई वर्चुअल मशीन नहीं। डिवाइस होस्ट के PCIe बस पर ऐसे दिखाई देता है जैसे वह भौतिक रूप से जुड़ा हो।

आर्किटेक्चर

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

वर्तमान सुविधाएँ

• BAR निर्माण: प्रोग्रामेटिक रूप से BAR क्षेत्र बनाएँ और उनकी निगरानी करें।
• BAR MMIO ट्रेसिंग: MMIO रीड/राइट का पता लगाना और अधिसूचना ताकि एक्सेस के लिए पोलिंग से बचा जा सके।
• इंटरप्ट सपोर्ट: लीगेसी/MSI/MSI-X इंटरप्ट इंजेक्शन।
• PCI क्षमता फ्रेमवर्क: PCI क्षमताओं की प्रणाली (नीचे लिंक्ड-लिस्ट)।
• DMA प्रणाली: यूज़रस्पेस डिवाइस से/को IOMMU-जागरूक DMA एक्सेस।
  • P2P समर्थन (प्रारंभिक!): व्हाइटलिस्ट-आधारित एक्सेस नियंत्रण के साथ उपकरणों के बीच पीयर-टू-पीयर DMA।
• यूज़रस्पेस: अपने PCIe डिवाइस को पूरी तरह यूज़रस्पेस में लागू करें।

न्यूनतम समर्थित वातावरण

• Linux कर्नेल संस्करण: 6.6
• C कंपाइलर: gcc-12
• आर्किटेक्चर: amd64/i386, aarch64, riscv

aarch64 नोट: Raspberry Pi 4b पर परीक्षण किया गया, डिवाइस-ट्री (कोई ACPI नहीं)

riscv नोट: VisionFive 2 (डिवाइस-ट्री) और Muse Pi Pro (डिवाइस-ट्री और ACPI) पर परीक्षण किया गया

CI स्थिति

उदाहरण

Bochs BGA (drm) कार्ड

एक Bochs BGA-संगत (bochs-drm) कार्ड जिसे Weston जैसी यूज़रस्पेस उपयोगिताओं द्वारा चलाया जा सकता है; SDL3 का उपयोग करता है।

https://github.com/user-attachments/assets/d2f7abe4-aef4-4d3a-a30b-ab7ec793faed

NVME नियंत्रक

NVME नियंत्रक जिसमें 1GB स्टोरेज संलग्न है। उपयोगकर्ता मेमोरी से स्वतंत्र रूप से फ़ॉर्मेट, माउंट, फ़ाइलें बना और हटा सकता है।

https://github.com/user-attachments/assets/29ce370a-7317-4fd4-9d1d-c3e868e1083d

Intel HDA कार्ड

ICH6-संगत एमुलेशन मॉडल जो pipewire के साथ सैंपल चला सकता है।

नोट: रिकॉर्डिंग में हल्की ऑडियो क्रैकलिंग सुनाई देती है, अन्यथा ठीक काम करता है

https://github.com/user-attachments/assets/7264a18c-6fcb-46c4-acde-9531b0be7ff6

Intel E1000 कार्ड

E1000 कार्ड का एक काफी सरल कार्यान्वयन। आपके वास्तविक NIC से/को संचार पुनर्निर्देशन का समर्थन करता है। Wi-Fi का भी उपयोग कर सकता है लेकिन कम स्थिर है।

https://github.com/user-attachments/assets/b6b9862c-349c-49da-8a79-4769dfa31915

लाइसेंस

• PCIem कर्नेल घटक: GPLv2
• उदाहरण: दोहरी MIT/GPLv2।

संदर्भ

• ब्लॉग पोस्ट: https://cakehonolulu.github.io/introducing-pciem/
• Hackernews पोस्ट: https://news.ycombinator.com/item?id=46689065
• PCI Express विनिर्देश: https://pcisig.com/specifications