PCIem

Un framework per il kernel Linux che permette l'emulazione di dispositivi PCIe sintetici nello spazio utente. | Documentazione

Cos'è PCIem?

PCIem è un framework che crea dispositivi PCIe virtuali nel kernel Linux sfruttando alcune tecniche innovative per presentare schede sintetiche come dispositivi PCI legittimi al sistema operativo host.

Per riassumere cosa sia PCIem: un framework per (ma non limitato a) lo sviluppo e il test di driver per dispositivi PCIe senza richiedere hardware reale sull'host.

Confronto con libfvio-user

PCIem e libfvio-user sono due soluzioni diverse per esigenze diverse; potrebbe esserci confusione nel confrontarli, pertanto ecco le differenze (vedi figura 1 per maggiori dettagli).

La principale differenza è che libvfio-user solitamente si basa su un client (che implementa il protocollo vfio-user), di solito QEMU (tramite KVM, usando VM exit) per esporre il dispositivo PCIe emulato al guest. Tu scrivi il tuo server vfio (di solito con un meccanismo di callback) che poi interagisce con il client.

PCIem, invece, espone il dispositivo direttamente sull'host; niente KVM, niente guest, niente macchine virtuali. Il dispositivo appare sul bus PCIe dell'host come se fosse fisicamente collegato.

Caratteristica	PCIem	libfvio-user
Connessione	File di dispositivo (`/dev/pciem`)	Socket UNIX (protocollo `vfio-user`)
Il driver di destinazione esegue su	Host	Sistema operativo guest
Il dispositivo emulato esegue su	Spazio utente	Spazio utente
Accessi al dispositivo	Diretti (all'interno dell'host)	Virtualizzati (guest verso host)

Figura 1: Confronto tra framework

Architettura

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

Funzionalità attuali

Creazione di BAR: Creare e monitorare programmaticamente regioni BAR.
Tracciamento MMIO dei BAR: Rilevamento e notifica di letture/scritture MMIO per evitare polling.
Supporto interrupt: Iniezione di interrupt Legacy/MSI/MSI-X.
Framework per le capability PCI: Sistema di capability PCI (lista collegata sottostante).
Sistema DMA: Accessi DMA consapevoli dell'IOMMU da/per il dispositivo nello spazio utente.
- Supporto P2P (Preliminare!): DMA peer-to-peer tra dispositivi con controllo degli accessi basato su whitelist.
Spazio utente: Implementa i tuoi dispositivi PCIe interamente nello spazio utente.