PCIem

Um framework do kernel Linux que possibilita emulação sintética de dispositivos PCIe no espaço do usuário. | Documentação

O que é o PCIem?

O PCIem é um framework que cria dispositivos PCIe virtuais no kernel Linux, utilizando algumas técnicas inovadoras para apresentar placas sintéticas como dispositivos PCI legítimos ao SO do host.

Para resumir o que é o PCIem: um framework para (embora não limitado a) desenvolver e testar drivers de dispositivos PCIe sem exigir hardware real no host.

Comparação com o libfvio-user

O PCIem e o libfvio-user são duas soluções diferentes para necessidades diferentes; pode haver confusão ao compará-los, portanto, aqui estão as diferenças (Veja a figura 1 para mais detalhes).

A principal diferença é que o libvfio-user normalmente depende de um cliente (que implementa o protocolo vfio-user), geralmente QEMU (através de KVM, usando VM exits) para expor o dispositivo PCIe emulado ao convidado. Você escreve seu servidor vfio (geralmente com um mecanismo de callback) que então interage com o cliente.

O que o PCIem faz, em vez disso, é expor o dispositivo diretamente no host; sem KVM, sem convidados, sem máquinas virtuais, nada. O dispositivo aparece no barramento PCIe do host como se estivesse fisicamente conectado.

Funcionalidade	PCIem	libfvio-user
Conexão	Arquivo de dispositivo (`/dev/pciem`)	Sockets UNIX (protocolo `vfio-user`)
Onde o driver alvo executa	Host	SO convidado
Onde o dispositivo emulado executa	Espaço do usuário	Espaço do usuário
Acessos ao dispositivo	Direto (dentro do host)	Virtualizado (convidado para host)

Figura 1: Comparação entre os frameworks

Arquitetura

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

Funcionalidades Atuais

Criação de BARs: Criar e monitorar regiões BAR programaticamente.
Rastreamento de MMIO em BARs: Detecção de leitura/escrita MMIO e notificação para evitar polling.
Suporte a interrupções: Injeção de interrupções Legacy/MSI/MSI-X.
Framework de capacidades PCI: Sistema de capacidades PCI (lista encadeada internamente).
Sistema DMA: Acessos DMA com consciência de IOMMU de/para o dispositivo no espaço do usuário.
- Suporte P2P (Preliminar!): DMA ponto a ponto entre dispositivos com controle de acesso baseado em lista de permissões.
Espaço do usuário: Implemente seus dispositivos PCIe inteiramente no espaço do usuário.