PCIe RAS学习专题(3):AER内核处理流程梳理

目录

一、AER内核处理整体流程梳理

二、AER代码重要部分梳理

1、AER初始化阶段

2、中断上半部 aer_irq

3、中断下半部 aer_isr

3.1、aer_isr_one_error

3.2、find_source_device

3.3、aer_process_err_devices

3.4、handle_error_source

3.5、pcie_do_recovery 整体逻辑

3.5.1、pcie_do_recovery 整体总结--AER处理的核心部分

3.5.2、附加: aer_root_reset的函数分析--辅助理解pcie_do_recovery

三、内核处理流程整体总结



一、AER内核处理整体流程梳理

可能有理解不到位写得不对的地方

二、AER代码重要部分梳理

AER驱动与pciehp、pcie-dpc类似,都是作为PCIe port的可选服务,这些服务模块挂载在PCIe port驱动上,由portdrv_core统一管理。服务的注册通过pcie_port_service_register函数完成:

1、AER初始化阶段

static struct pcie_port_service_driver aerdriver = {.name       = "aer",.port_type  = PCIE_ANY_PORT,.service    = PCIE_PORT_SERVICE_AER,
​.probe      = aer_probe,.remove     = aer_remove,
};
​
int __init pcie_aer_init(void)
{if (!pci_aer_available())return -ENXIO;return pcie_port_service_register(&aerdriver);
}

PCIe AER驱动属于PCIe port driver, 其绑定的是PCIe root port

同时,port_type = PCIE_ANY_PORT这个澄清内核增加了PCIE RCEC支持,针对RCEC设备也可以AER处理

static int aer_probe(struct pcie_device *dev)
{... .../* * AER 仅支持根端口(Root Port)或根复合体事件收集器(RCEC)* 检查PCIe设备类型,如果不是这两种类型则直接返回*/if ((pci_pcie_type(port) != PCI_EXP_TYPE_RC_EC) &&(pci_pcie_type(port) != PCI_EXP_TYPE_ROOT_PORT))return -ENODEV;  // 设备不支持
​/* 为根端口控制结构(aer_rpc)分配内核内存 */rpc = devm_kzalloc(device, sizeof(struct aer_rpc), GFP_KERNEL);if (!rpc)return -ENOMEM;  /* 内存分配失败 */
​/* 初始化aer_rpc结构体 */rpc->rpd = port;  /* 保存根端口设备 */INIT_KFIFO(rpc->aer_fifo);  /* 初始化用于AER事件的FIFO队列 */set_service_data(dev, rpc);  /* 将rpc与pcie_device关联 */
​status = devm_request_threaded_irq(device, dev->irq, aer_irq, aer_isr,IRQF_SHARED, "aerdrv", dev);... .../* 在根端口上启用AER功能 */aer_enable_rootport(rpc);... ...
}

主要做了下面两件事情:

(1)注册AER事件的线程化中断处理程序:aer_irq: 上半部(快速处理),aer_isr: 下半部(实际处理)

(2)在根端口上启用AER功能

2、中断上半部 aer_irq

​
static irqreturn_t aer_irq(int irq, void *context)
{... ...// 读取根错误状态寄存器pci_read_config_dword(rp, aer + PCI_ERR_ROOT_STATUS, &e_src.status);// 检查是否真的有错误发生(可纠正或不可纠正错误)if (!(e_src.status & (PCI_ERR_ROOT_UNCOR_RCV|PCI_ERR_ROOT_COR_RCV)))return IRQ_NONE;  // 如果没有错误,返回IRQ_NONE表示不是我们的中断
​// 读取错误源ID寄存器,获取详细错误信息pci_read_config_dword(rp, aer + PCI_ERR_ROOT_ERR_SRC, &e_src.id);// 清除根错误状态寄存器(写1清除)pci_write_config_dword(rp, aer + PCI_ERR_ROOT_STATUS, e_src.status);
​// 尝试将错误信息放入FIFO队列if (!kfifo_put(&rpc->aer_fifo, e_src))return IRQ_HANDLED;  // 如果队列已满,直接返回IRQ_HANDLED
​// 成功放入队列,返回IRQ_WAKE_THREAD唤醒下半部处理线程return IRQ_WAKE_THREAD;
}

这是中断处理的上半部,主要负责快速读取错误状态并暂存数据,实际处理会在下半部中进行,主要做了下面几件事:

(1)通过PCI_ERR_ROOT_STATUS寄存器检测错误类型

(2)读取PCI_ERR_ROOT_ERR_SRC获取错误源详细信息

(3)清除错误状态,唤醒中断下半部

3、中断下半部 aer_isr

3.1、aer_isr_one_error

上半部 aer_irq 将错误存入FIFO,下半部 aer_isr 是消费者,从FIFO取出错误处理

static irqreturn_t aer_isr(int irq, void *context)
{... ...// 循环处理FIFO中的所有错误信息while (kfifo_get(&rpc->aer_fifo, &e_src)) {// 对每个错误调用处理函数aer_isr_one_error(rpc, &e_src);}return IRQ_HANDLED;
}
​
static void aer_isr_one_error(struct aer_rpc *rpc, struct aer_err_source *e_src)
{... ...if (e_src->status & PCI_ERR_ROOT_COR_RCV) {// 设置可纠正错误信息e_info.id = ERR_COR_ID(e_src->id);       // 提取可纠正错误IDe_info.severity = AER_CORRECTABLE;       // 设置错误严重性为可纠正
​// 检查是否多个可纠正错误if (e_src->status & PCI_ERR_ROOT_MULTI_COR_RCV)e_info.multi_error_valid = 1;        // 标记为多个错误elsee_info.multi_error_valid = 0;
​// 打印端口错误信息aer_print_port_info(pdev, &e_info);
​// 查找错误源设备并处理错误if (find_source_device(pdev, &e_info))aer_process_err_devices(&e_info);}
​// 处理不可纠正错误if (e_src->status & PCI_ERR_ROOT_UNCOR_RCV) {// 设置不可纠正错误信息e_info.id = ERR_UNCOR_ID(e_src->id);     // 提取不可纠正错误ID
​// 判断是否为致命错误if (e_src->status & PCI_ERR_ROOT_FATAL_RCV)e_info.severity = AER_FATAL;         // 致命错误elsee_info.severity = AER_NONFATAL;      // 非致命错误
​// 检查是否多个不可纠正错误if (e_src->status & PCI_ERR_ROOT_MULTI_UNCOR_RCV)e_info.multi_error_valid = 1;        // 标记为多个错误elsee_info.multi_error_valid = 0;
​// 打印端口错误信息aer_print_port_info(pdev, &e_info);
​// 查找错误源设备并处理错误if (find_source_device(pdev, &e_info))aer_process_err_devices(&e_info);}
}

错误处理流程

(1)先更新错误统计(pci_rootport_aer_stats_incr)

(2)打印错误信息(aer_print_port_info)

(3)定位错误源设备(find_source_device)

(4)处理错误设备(aer_process_err_devices)

3.2、find_source_device
static bool find_source_device(struct pci_dev *parent,struct aer_err_info *e_info)
{... .../* 检查根端口本身是否是发送错误消息的代理 */result = find_device_iter(dev, e_info);if (result)return true;
​/* 根据父设备类型采用不同的搜索方式 */if (pci_pcie_type(parent) == PCI_EXP_TYPE_RC_EC)/* 如果是根复合体事件收集器(RCEC),则遍历RCEC */pcie_walk_rcec(parent, find_device_iter, e_info);else/* 否则遍历根端口的下属总线 */pci_walk_bus(parent->subordinate, find_device_iter, e_info);... ...
}

在PCIe设备树中定位触发AER(高级错误报告)的具体设备,支持从根端口(Root Port)或根复合体事件收集器(RCEC)开始搜索。

首先检查根端口自身是否是错误源,如果不是,则向下遍历设备树:

  • 对于RCEC类型设备使用pcie_walk_rcec()

  • 对于普通根端口使用pci_walk_bus()

3.3、aer_process_err_devices
static inline void aer_process_err_devices(struct aer_err_info *e_info)
{int i;
​/* 第一阶段:报告所有错误信息(在处理前先记录,避免因复位等操作丢失记录) */for (i = 0; i < e_info->error_dev_num && e_info->dev[i]; i++) {if (aer_get_device_error_info(e_info->dev[i], e_info))aer_print_error(e_info->dev[i], e_info);}
​/* 第二阶段:处理所有错误源 */for (i = 0; i < e_info->error_dev_num && e_info->dev[i]; i++) {if (aer_get_device_error_info(e_info->dev[i], e_info))handle_error_source(e_info->dev[i], e_info);}
}

该函数主要负责两个阶段处理错误设备:

(1)错误信息报告阶段:先收集并打印所有设备的错误信息

(2)错误处理阶段:然后对所有设备执行实际的错误处理

3.4、handle_error_source
static void handle_error_source(struct pci_dev *dev, struct aer_err_info *info)
{/* 获取设备的AER能力寄存器偏移量 */int aer = dev->aer_cap;
​/* 处理可纠正错误(AER_CORRECTABLE)*/if (info->severity == AER_CORRECTABLE) {// 可纠正错误不需要软件干预,无需走完整的错误恢复流程。if (aer)/* 清除可纠正错误状态寄存器(写1清除) */pci_write_config_dword(dev, aer + PCI_ERR_COR_STATUS,info->status);/* 如果设备支持原生AER处理,清除设备状态 */if (pcie_aer_is_native(dev))pcie_clear_device_status(dev);}/* 处理非致命错误(AER_NONFATAL)*/else if (info->severity == AER_NONFATAL)/* 执行标准恢复流程(I/O通道状态正常) */pcie_do_recovery(dev, pci_channel_io_normal, aer_root_reset);/* 处理致命错误(AER_FATAL)*/else if (info->severity == AER_FATAL)/* 执行强制恢复流程(I/O通道已冻结) */pcie_do_recovery(dev, pci_channel_io_frozen, aer_root_reset);/* 减少设备的引用计数(配对之前可能的pci_dev_get) */pci_dev_put(dev);
}

函数根据错误严重级别采取不同的处理措施:

可纠正错误:仅清除错误状态寄存器,额外调用pcie_clear_device_status确保状态清除

非致命和致命错误都调用pcie_do_recovery,但传入不同的I/O通道状态:

pci_channel_io_normal:链路仍可用

pci_channel_io_frozen:链路已冻结

非致命错误:触发普通恢复流程

致命错误:触发强制恢复流程

3.5、pcie_do_recovery 整体逻辑

下面这块逻辑比较隐晦:

pci_ers_result_t pcie_do_recovery(struct pci_dev *dev,pci_channel_state_t state,pci_ers_result_t (*reset_subordinates)(struct pci_dev *pdev))
{/** - 如果是根端口/下游端口/RCEC/RCiEP,恢复该设备及其下级设备* - 其他设备类型,恢复该设备及同端口下的所有设备*/if (type == PCI_EXP_TYPE_ROOT_PORT ||type == PCI_EXP_TYPE_DOWNSTREAM ||type == PCI_EXP_TYPE_RC_EC ||type == PCI_EXP_TYPE_RC_END)bridge = dev;  // 端口类设备自身作为恢复起点elsebridge = pci_upstream_bridge(dev);  // 其他设备向上找到最近的端口... .../* 阶段1:错误检测处理 */if (state == pci_channel_io_frozen) {/* 冻结状态处理 */pci_walk_bridge(bridge, report_frozen_detected, &status);if (reset_subordinates(bridge) != PCI_ERS_RESULT_RECOVERED) {pci_warn(bridge, "下级设备重置失败\n");goto failed;}} else {/* 正常状态处理 */pci_walk_bridge(bridge, report_normal_detected, &status);}
​/* 阶段2:MMIO重新启用 */if (status == PCI_ERS_RESULT_CAN_RECOVER) {status = PCI_ERS_RESULT_RECOVERED;pci_walk_bridge(bridge, report_mmio_enabled, &status);}
​/* 阶段3:插槽重置处理 */if (status == PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET) {// 插槽重置函数,然后再调用, 驱动的slot_reset回调status = PCI_ERS_RESULT_RECOVERED;pci_walk_bridge(bridge, report_slot_reset, &status);}
​.../* 阶段4:恢复完成处理 */pci_walk_bridge(bridge, report_resume, &status);
​// 如果OS原生控制AER,清除设备错误状态; 如果平台控制AER,由平台负责清除if (host->native_aer || pcie_ports_native) {pcie_clear_device_status(dev);pci_aer_clear_nonfatal_status(dev);}... ...
}

首先是 pci_walk_bridge(bridge, report_frozen_detected, &status) 这块比较绕,展开后可以发现:

static void pci_walk_bridge(struct pci_dev *bridge,int (*cb)(struct pci_dev *, void *),void *userdata)
{if (bridge->subordinate)pci_walk_bus(bridge->subordinate, cb, userdata);elsecb(bridge, userdata);
}
​
void pci_walk_bus(struct pci_bus *top, int (*cb)(struct pci_dev *, void *),void *userdata)
{struct pci_dev *dev;struct pci_bus *bus;struct list_head *next;int retval;
​bus = top;down_read(&pci_bus_sem);next = top->devices.next;for (;;) {if (next == &bus->devices) {/* end of this bus, go up or finish */if (bus == top)break;next = bus->self->bus_list.next;bus = bus->self->bus;continue;}dev = list_entry(next, struct pci_dev, bus_list);if (dev->subordinate) {/* this is a pci-pci bridge, do its devices next */next = dev->subordinate->devices.next;bus = dev->subordinate;} elsenext = dev->bus_list.next;retval = cb(dev, userdata);if (retval)break;}up_read(&pci_bus_sem);
​
}

首先分析 pci_walk_bus,该函数主要做了以下两件事:

(1)优先向下遍历桥接设备的子总线,确保处理完整个子树后再返回上级,如:

Bus 0 (top)
├─ Device A(桥接器)→ Bus 1
│   ├─ Device C
│   └─ Device D
└─ Device B

遍历顺序:Bus 0 → Device A → Bus 1 → Device C → Device D → Device B

(2)回调函数cb (即report_frozen_detected)返回非零值会立即终止遍历(例如在错误恢复中已找到目标设备时)。

下面再看 report_frozen_detected这块调用流程的逻辑:

static int report_frozen_detected(struct pci_dev *dev, void *data)
{return report_error_detected(dev, pci_channel_io_frozen, data);
}
​
static int report_error_detected(struct pci_dev *dev,pci_channel_state_t state,enum pci_ERS_result *result)
{const struct pci_error_handlers *err_handler;... ...if (!pci_dev_set_io_state(dev, state) ||!dev->driver ||!dev->driver->err_handler ||!dev->driver->err_handler->error_detected) {/* 如果整个设备subtree没有error_detected回调,PCI_ERS_RESULT_NO_AER_DRIVER将阻止后续任何设备的错误回调 */if (dev->hdr_type != PCI_HEADER_TYPE_BRIDGE) {/* 非桥设备没有回调则标记为无法恢复 */vote = PCI_ERS_RESULT_NO_AER_DRIVER;} else {vote = PCI_ERS_RESULT_NONE;}} else {/* 获取错误处理程序并调用error_detected回调 */err_handler = dev->driver->err_handler;vote = err_handler->error_detected(dev, state);}... ...
}
​
static pci_ers_result_t merge_result(enum pci_ers_result orig,enum pci_ers_result new)
{if (new == PCI_ERS_RESULT_NO_AER_DRIVER)return PCI_ERS_RESULT_NO_AER_DRIVER;
​if (new == PCI_ERS_RESULT_NONE)return orig;
​switch (orig) {case PCI_ERS_RESULT_CAN_RECOVER:case PCI_ERS_RESULT_RECOVERED:orig = new;break;case PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT:if (new == PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET)orig = PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET;break;default:break;}
​return orig;
}

可以发现,这个函数的主要作用是遍历PCI总线上的多个设备时(例如通过 pci_walk_bus),综合所有设备的错误恢复状态,决定最终的恢复策略(如是否需要复位、是否断开设备等),根据代码看,整体的设备是否可恢复状态合并逻辑是这样的:

原始状态 (orig)新状态 (new)合并结果
CAN_RECOVERDISCONNECTDISCONNECT
RECOVEREDNEED_RESETNEED_RESET
DISCONNECTNEED_RESETNEED_RESET
DISCONNECTCAN_RECOVERDISCONNECT(不降级)
NO_AER_DRIVER任意NO_AER_DRIVER(最高优先级)

因此,pci_walk_bridge 这个函数的作用就是,如果设备是桥,根据桥和下面的子设备error_detected 回调函数,综合判断设备要不要恢复,是走DISCONNECTNEED_RESET还是CAN_RECOVER。如果设备是RCEP,直接判断因该置位自己设备为哪种预备状态

3.5.1、pcie_do_recovery 整体总结--AER处理的核心部分

接下来重新回到 pcie_do_recovery 函数来看,这个函数的逻辑就比较清晰了,即:

(1)如果错误为 FATAL 错误,即设备A已经被标记成 pci_channel_io_frozen 状态了,这个时候先用深度优先算法,遍历该设备A和其下子设备,去检查是否满足reset条件,然后综合该设备和设备下挂子设备能否reset,给A这条线路置一个 PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET 还是 PCI_ERS_RESULT_CAN_RECOVER 等的标识

(2)同时,如果错误为 FATAL 错误,会调用 reset_subordinates(bridge) != PCI_ERS_RESULT_RECOVERED,进而调用 aer_root_reset去重置该 bridge,并期待返回 PCI_ERS_RESULT_RECOVERED标志,否则报异常

(3)如果错误为NON - FATAL错误,仅仅标记该端口的PCIe端口status状态为 PCI_ERS_RESULT_NONE 或者是 PCI_ERS_RESULT_NO_AER_DRIVER,不进行端口或者总线的重置操作

(4)然后,根据端口在上面被标记的status状态,遍历调用 report_mmio_enabled 去恢复特定端口的MMIO功能。同时,更新端口A的status位

(5)然后,对执行MMIO恢复后的,status被标记为PCI_ERS_RESULT_NEED_RESET的端口,遍历调用 report_slot_reset ,进行槽位级别的复位

(6)最后,根据设置的是固件优先还是OS优先,去清除Device Status寄存器和Uncorrectable Error Status 寄存器的响应错误bit位

3.5.2、附加: aer_root_reset的函数分析--辅助理解pcie_do_recovery
static pci_ers_result_t aer_root_reset(struct pci_dev *dev)
{// * - RCiEP需要找到关联的RCEC,其他设备直接找到根端口if (type == PCI_EXP_TYPE_RC_END)root = dev->rcec;    // RCiEP使用关联的RCECelseroot = pcie_find_root_port(dev);  // 其他设备查找根端口
​// 如果平台保留AER控制权,RCiEP可能没有可见的RCEC,此时root可能为NULL,寄存器操作由固件负责aer = root ? root->aer_cap : 0;  // 获取AER能力位置
​/* 阶段1: 禁用根端口错误中断 */if ((host->native_aer || pcie_ports_native) && aer) {pci_read_config_dword(root, aer + PCI_ERR_ROOT_COMMAND, &reg32);reg32 &= ~ROOT_PORT_INTR_ON_MESG_MASK;  // 清除中断使能位pci_write_config_dword(root, aer + PCI_ERR_ROOT_COMMAND, reg32);}
​/* 阶段2: 执行设备重置 */if (type == PCI_EXP_TYPE_RC_EC || type == PCI_EXP_TYPE_RC_END) {/* RCEC/RCiEP使用功能级重置(FLR) */rc = pcie_reset_flr(dev, PCI_RESET_DO_RESET);} else {/* 根端口/下游端口使用总线错误重置 */rc = pci_bus_error_reset(dev);pci_info(dev, "%s端口链路已重置(%d)\n",pci_is_root_bus(dev->bus) ? "根" : "下游", rc);}
​/* 阶段3: 清理并恢复中断 */if ((host->native_aer || pcie_ports_native) && aer) {/* 清除根错误状态寄存器 */pci_read_config_dword(root, aer + PCI_ERR_ROOT_STATUS, &reg32);pci_write_config_dword(root, aer + PCI_ERR_ROOT_STATUS, reg32);
​/* 重新启用根端口错误中断 */pci_read_config_dword(root, aer + PCI_ERR_ROOT_COMMAND, &reg32);reg32 |= ROOT_PORT_INTR_ON_MESG_MASK;  // 设置中断使能位pci_write_config_dword(root, aer + PCI_ERR_ROOT_COMMAND, reg32);}
​/* 返回结果: 成功恢复或需要断开 */return rc ? PCI_ERS_RESULT_DISCONNECT : PCI_ERS_RESULT_RECOVERED;
}

主要做下面几件事情:

(1)禁用根端口错误中断

#define ROOT_PORT_INTR_ON_MESG_MASK (PCI_ERR_ROOT_CMD_COR_EN|   \PCI_ERR_ROOT_CMD_NONFATAL_EN|   \PCI_ERR_ROOT_CMD_FATAL_EN)

(2)执行设备重置(FLR或链路重置),如果是RCEC/RCiEP,通过pcie_reset_flr()执行功能级重置;如果是根端口或者下游端口,通过pci_bus_error_reset()执行总线级重置

(3)清除根错误状态

(4)重新启用根端口错误中断

接着向下看调用 pci_bus_error_reset()

int pci_bus_error_reset(struct pci_dev *bridge)
{/* 情况1:总线无槽位(如嵌入式设备),直接跳转总线复位 */if (list_empty(&bus->slots))goto bus_reset;
​/* 阶段1:检查所有槽位是否支持热复位 */list_for_each_entry(slot, &bus->slots, list)if (pci_probe_reset_slot(slot))  // 探测槽位复位能力goto bus_reset;  // 任一槽位不支持则改用总线复位
​/* 阶段2:执行实际槽位复位 */list_for_each_entry(slot, &bus->slots, list)if (pci_slot_reset(slot, PCI_RESET_DO_RESET))  // 实际复位操作goto bus_reset;  // 任一槽位复位失败则改用总线复位... ...
/* 降级处理路径:总线级复位 */
bus_reset:mutex_unlock(&pci_slot_mutex);return pci_bus_reset(bridge->subordinate, PCI_RESET_DO_RESET);
}

采用渐进式复位策略:先尝试最小影响的槽位复位(pci_slot_reset),失败时自动降级为总线复位(pci_bus_reset)

pci_slot_reset--> pci_reset_hotplug_slot(slot->hotplug, probe);--> hotplug->ops->reset_slot(hotplug, probe);--> pciehp_reset_slot--> pci_bridge_secondary_bus_reset(ctrl->pcie->port);

(1)置位桥控制寄存器的BUS_RESET位,保持复位状态至少2ms(符合PCI规范v3.0 7.6.4.2)

(2)清除BUS_RESET位,等待1秒确保下游设备完成初始化

pci_bus_reset(struct pci_bus *bus, bool probe)--> pci_bridge_secondary_bus_reset(bus->self);

三、内核处理流程整体总结

(1)EP设备发生AER错误,通过error msg上报到root port, root port上报中断给CPU处理

(2)Correctable Errors处理流程:获取出错的设备和清状态,读取设备详细错误信息

(3)NON-FATAL Errors处理流程:获取出错的设备和清状态,读取设备详细错误信息,错误恢复处理

(4)FATAL Errors处理流程:大体类似non-fatal,只是错误恢复的时候有差异,FATAL Errors影响pcie link链路,因此会做链路的恢复

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