SR-IOV、ATS、PRI、PASID 与 IOMMU 虚拟化

1. 能力边界

这些机制解决的问题不同：

机制	作用
SR-IOV	一个 Physical Function 在硬件中创建多个 Virtual Function
ATS	设备缓存 IOMMU 地址翻译结果
PRI	设备遇到缺页时向系统发 Page Request
PASID	在同一 Requester ID 下区分多个进程地址空间
IOMMU	做 DMA 地址翻译、权限与隔离
VFIO	把隔离后的设备安全交给用户态/VMM

drivers/pci实现 PCI Capability 管理，不实现完整 IOMMU 或 VFIO；后两者分别位于drivers/iommu和drivers/vfio。

2. SR-IOV 数据模型

PF 的 SR-IOV Extended Capability 描述：

• TotalVFs、InitialVFs、NumVFs；
• First VF Offset 与 VF Stride；
• VF Device ID；
• VF BAR；
• VF Enable、VF MSE、ARI 等控制位。

VF 的 BDF 由 PF Routing ID 加 offset/stride 计算。VF 是可匹配普通pci_driver的pci_dev，但配置空间和资源由 PF/SR-IOV 能力约束。

3. 启用主链

iov.c关键入口：

• pci_enable_sriov()：1119 行；
• sriov_enable()：633 行；
• pci_iov_add_virtfn()：315 行；
• pci_disable_sriov()：1136 行；
• sriov_disable()：754 行。

流程可概括为：

PF driver 或 sysfs sriov_numvfs
 -> 校验 PF 状态、VF 数量和驱动回调
 -> 检查/分配 VF BAR
 -> 写 NumVFs 与 VF Enable
 -> 为每个 VF 计算 devfn
 -> pci_iov_add_virtfn()
 -> 创建 pci_dev 并加入设备模型
 -> VF driver probe

禁用时必须先确认 VF 未被占用，再逆序移除 VF、关闭 VF Enable，并释放关联关系。

4. PF 驱动职责

硬件仅提供 VF 机制，PF 驱动仍要：

• 实现sriov_configure或调用pci_enable_sriov()；
• 分配队列、doorbell、MSI-X 等共享资源；
• 配置 VF MAC/VLAN/权限；
• 提供 PF↔VF mailbox；
• 在 remove、AER、suspend 前妥善关闭 VF。

PCI Core 不理解网卡或加速器的内部资源，因此“VF 已出现在 lspci”不等于 VF 可以正常收发。

5. VF BAR 与桥窗口

VF BAR 表示整组 VF aperture。固件未为其预留足够空间时，启用会失败。可检查：

• PF SR-IOV Capability 中 VF BAR 大小；
• Root Port/桥窗口；
• 64 位 prefetchable window；
• pci=realloc=on与CONFIG_PCI_REALLOC_ENABLE_AUTO；
• BAR 是否被其它资源冲突占用。

6. ATS

ats.c中：

• pci_enable_ats()：56 行；
• pci_disable_ats()：94 行；
• pci_restore_ats_state()：109 行。

ATS 允许设备的 Address Translation Cache 保存 IOVA→PA 翻译。页大小参数必须与 IOMMU 支持一致。撤销映射时，IOMMU 和设备 ATC 必须完成失效同步，否则设备可能继续使用旧权限。

7. PRI

关键入口：

• pci_enable_pri()：196 行；
• pci_disable_pri()：242 行；
• pci_reset_pri()：295 行。

PRI 允许设备提交 Page Request，从而支持可缺页共享虚拟内存。启用前要求 IOMMU、设备和上层驱动都能处理请求队列、超时及终止，不能仅设置 Capability 位。

8. PASID

关键入口：

• pci_enable_pasid()：361 行；
• pci_disable_pasid()：407 行；
• pci_pasid_features()：460 行。

PASID 将进程/地址空间标签随事务携带。它与 SVA 的安全边界依赖 IOMMU：设备可发出的 PASID 范围、绑定生命周期和进程退出必须同步。

9. 安全顺序

设备直通或共享虚拟地址时应遵循：

建立 IOMMU domain 与映射
 -> 配置 PASID/PRI/ATS
 -> 最后允许 Bus Master 和设备队列

停止设备队列并禁止 Bus Master
 -> 停止 PRI/PASID/ATS
 -> flush ATC/IOTLB
 -> 解除映射与 domain

顺序错误可能让设备 DMA 到已释放或已重新授权的内存。

10. RK3588 适用性

RK3588 Root Complex 驱动存在并不代表板载控制器或终端设备支持 SR-IOV/ATS/PASID。还需同时满足：

• Endpoint 暴露相应 Capability；
• 上游拓扑允许 ARI/ACS 等需要的路由和隔离；
• RK3588 PCIe 对应 IOMMU/SMMU stream 已正确接入；
• defconfig 启用PCI_IOV/PCI_ATS/PCI_PRI/PCI_PASID；
• PF 驱动实现硬件资源配置。

Rockchip 常用 defconfig 中未显式启用全部上述功能，因此部署前应以最终.config而非通用 ARM64 defconfig 为准。