Linux kernel framework for PCIe device emulation, in userspace

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Summary

A Linux kernel framework for synthetic PCIe device emulation entirely in userspace. What is PCIem? PCIem is a framework that creates virtual PCIe devices in the Linux kernel by leveraging a few novel techniques to populate synthetic cards as legitimate PCI devices to the host OS. To brief what PCIem is: a framework for developing and testing PCIe device drivers without requiring actual hardware. Architecture β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–ΊHost Linux Kernel β”‚ β”‚ Linux Userspace β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚ β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ PCIem Framework ◄──────┼────────────►/dev/pciem◄───────────┼────► Userspace PCI shim β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ - PCI Config Space β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ - Emulates PCIe device logic β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ - BAR Mappings β”‚ β”‚ β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ │◄──── - INT/MSI/MSI-X Interrupts β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚ β”‚ β”‚ - DMA (With/without IOMMU) β”‚ β”‚ Userspace β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ - P2P DMA β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ PCIe driver is unaware of PCIem β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ Real PCIe Driver β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ └── - Untouched logic from productionβ”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚ β”‚ β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ Kernel Space Current Features BAR Support : Register and manage BARs programmatically : Register and manage BARs programmatically Watchpoints : Event-driven architecture using CPU watchpoints for access detection : Event-driven architecture using CPU watchpoints for access detection Legacy IRQ/MSI/MSI-X Support : Full interrupt support with dynamic triggering : Full interrupt support with dynamic triggering PCI Capability Framework : Modular PCI capabilities system (Linked-list underneath) : Modular PCI capabilities system...

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