PCIe 设备查询

1. PCI 与 PCIe 的关系

PCI（Peripheral Component Interconnect）是 Intel 于 1992 年发布的并行总线标准，曾是 PC / 服务器上连接外设（网卡、声卡、显卡、RAID 卡）的主流接口。它采用 并行共享总线 架构，所有设备共享一组地址 / 数据 / 控制线，通过仲裁器调度，因此存在以下先天限制：

• 总线带宽由所有设备共享，扩展性差
• 单个设备的信号频率受限于总线长度
• 难以支持热插拔和高级电源管理

PCIe（PCI Express）是 2003 年由 PCI-SIG 发布的下一代标准，核心变化是用 高速串行差分链路（Lane） 取代了并行总线：

PCI 与 PCIe 在软件层完全兼容——Linux 内核的 PCI 子层同时管理两种设备，命令行工具（lspci 等）也不区分。即便主板上只有 PCIe 槽位，内核也仍按 PCI 命名（pci_bus_type、/sys/bus/pci/）。

下文统称 PCIe，但命令同样适用于 PCI 设备。

2. PCIe 版本、速率与带宽

PCI-SIG 从 2003 年发布 PCIe 1.0 至今，已迭代到 PCIe 7.0（已发布规范，设备在 2025+ 逐步推出）。每一代的关键变化是 单 Lane 速率翻倍，并通过 Lane 聚合（x1 / x4 / x8 / x16）进一步提升带宽。

2.1. 各版本参数

GT/s（Gigatransfers per second）是物理层符号率，不等于带宽；除以编码开销后才能得到有效带宽。

2.2. 常用 Lane 宽度下的总带宽

表中为 单向（单方向）带宽；PCIe 链路是全双工，所以上下行各能跑到这个数。

2.3. 几个关键概念

• NRZ（Non-Return-to-Zero）：Gen 1～5 用 2 电平表示 1 bit/UI（Unit Interval）。
• PAM4（4-level Pulse Amplitude Modulation）：Gen 6+ 用 4 电平表示 2 bit/UI，等效带宽翻倍但对信号完整性要求更高。
• 8b/10b 编码（Gen 1-2）：每 10 bit 中有 2 bit 用于时钟恢复和数据校验，有效带宽损失 20%。
• 128b/130b 编码（Gen 3-5）：开销约 1.5%，效率更高。
• FLIT + FEC（Gen 6+）：固定长度 FLIT 包 + 前向纠错，开销约 1.6%，并提供更强纠错能力。
• Lane 协商：x16 设备可降速到 x8 / x4 / x1 运行（链路训练时协商）；最大能力通过 max_link_width 查看。

2.4. 查询当前协商的速率和宽度

cat /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/current_link_speed
cat /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/current_link_width
cat /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/max_link_speed
cat /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/max_link_width

如果 current_link_* 明显低于 max_link_*，通常是链路训练异常（接触不良、BIOS 设置、固件 bug 等）。

3. PCIe 子系统简介

PCIe 把整个子系统抽象为三层：

• Host / Root Complex：CPU 端的根控制器，对应一个或多个 PCI 主桥
• Bridge（桥）：PCIe 交换机（Switch）或传统 PCI-to-PCI 桥，负责扩展总线层级
• Device / Function（设备 / 功能）：终端设备，例如网卡、GPU、NVMe SSD；多功能设备（如一个多功能网卡）有多个 Function

设备按 BDF（Bus:Device.Function）三元组寻址，例如 0000:01:00.0：

• Domain（通常为 0000）
• Bus（总线号）
• Device（设备号）
• Function（功能号，0～7）

4. 工具安装

# Debian / Ubuntu
sudo apt install pciutils

# RHEL / CentOS
sudo yum install pciutils

# Arch Linux
sudo pacman -S pciutils

核心工具：

• lspci：列出/查询 PCI / PCIe 设备（最常用）
• setpci：修改 PCI 配置空间（高级）

5. 列出所有设备

5.1. 简要列表

lspci

典型输出：

00:00.0 Host bridge: Intel Corporation Device 9a14 (rev 01)
00:02.0 VGA compatible controller: Intel Corporation Alder Lake-P Integrated Graphics Controller
00:14.0 USB controller: Intel Corporation Alder Lake PCH USB 3.2 xHCI Host Controller
01:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation Ethernet Controller X710 for 10GbE SFP+ (rev 02)
01:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation Ethernet Controller X710 for 10GbE SFP+ (rev 02)
02:00.0 Non-Volatile memory controller: Samsung Electronics Co Ltd NVMe SSD Controller SM981/PM981/PM983

5.2. 详细信息

lspci -v         # 中等详细
lspci -vv        # 更详细
lspci -vvv       # 包括 Capability 区域，最详细

关键字段：

• Subsystem：子系统厂商和设备 ID（用于定位 OEM 型号）
• Flags：总线能力（bus master、fast devsel 等）
• Memory at <addr> [size=K]：设备占用的 MMIO 地址段
• Capabilities：链路能力、AER、电源管理、MSI 等
• Kernel driver in use：当前绑定的内核驱动
• Kernel modules：可加载的模块名

5.3. 按数字 ID 输出

lspci -n

输出形如：

01:00.0 0200: 8086:1572 (rev 02)

0200:8086:1572 中：

• 0200：设备类（以太网控制器）
• 8086：Vendor ID（Intel）
• 1572：Device ID

适合脚本中按 vendor:device 匹配。

5.4. 按指定维度过滤

lspci -nn                        # 同时显示数字 ID 和名称
lspci -d 8086:                   # 按 vendor ID 过滤（Intel）
lspci -d 8086:1572               # 按 vendor:device 过滤
lspci -d '::0200'                # 按设备类过滤（以太网）
lspci -s 01:00.0                 # 按 BDF 指定单设备
lspci -s 01:00                   # 按 bus:device 指定该设备的全部 function
lspci -b                         # 不通过 PCI 总线查询（绕过内核缓存）

6. 拓扑结构

6.1. 树状视图

lspci -t

示例：

-[0000:00]-+-00.0
           +-02.0
           +-14.0
           +-15.0
           +-16.0
           +-1c.0-[01]----00.0
           |               \-00.1
           \-1d.0-[02]----00.0

-[\bus] 表示一个 PCI 桥，下面列出挂载的设备。直观看到 Root Complex → 桥 → 设备 的层级关系。

6.2. 包含数字 ID

lspci -tv
lspci -t -nn

6.3. 通过 sysfs 查看

ls /sys/bus/pci/devices/

每个目录名形如 0000:01:00.0，对应一个 BDF。常用读取项：

# 设备目录
cd /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0

# 厂商 / 设备 ID
cat vendor device

# 当前绑定的驱动
cat driver           # 软链到 /sys/bus/pci/drivers/<drv>

# 链路状态（Speed / Width）
cat current_link_speed
cat current_link_width
cat max_link_speed
cat max_link_width

# IRQ / MSI
cat irq

7. 配置空间（高级）

7.1. 16 字节配置空间头

lspci -x -s 01:00.0

输出 64 个十六进制字节（前 16 字节是标准头，后 48 字节依赖设备类型）。

7.2. 完整 4 KB PCIe 配置空间

sudo lspci -xxxx -s 01:00.0

注意：旧 PCI 仅 256 字节，PCIe 扩展到 4 KB。

7.3. 读取 BAR（Base Address Register）

sudo setpci -s 01:00.0 BASE_ADDRESS_0.l
sudo setpci -s 01:00.0 BASE_ADDRESS_0.l 32

BASE_ADDRESS_0～BASE_ADDRESS_5 是 6 个 BAR，BASE_ADDRESS_0.l 表示读 32 位，BASE_ADDRESS_0.4 表示读高 32 位。

7.4. 修改寄存器（谨慎！）

# 先备份
sudo lspci -xxxx -s 01:00.0 > /tmp/pci.dump

# 例：向配置空间 0x40 字节处写入字节
sudo setpci -s 01:00.0 40.B=ff

修改配置空间可能让设备失能或系统崩溃，操作前必须确认目的寄存器含义。

8. 驱动绑定

8.1. 查看当前驱动

lspci -k -s 01:00.0

输出：

01:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation Ethernet Controller X710 for 10GbE SFP+ (rev 02)
        Subsystem: Intel Corporation Ethernet X710 10GbE SFP+ DP
        Kernel driver in use: i40e
        Kernel modules: i40e

8.2. 手动解绑 / 重绑

echo "0000:01:00.0" | sudo tee /sys/bus/pci/drivers/i40e/unbind
echo "0000:01:00.0" | sudo tee /sys/bus/pci/drivers/i40e/bind

8.3. 强制绑定到特定驱动

# 把新驱动设为候选
echo "8086 1572" | sudo tee /sys/bus/pci/drivers/i40e/new_id

# 或者用 driver_override 临时覆盖
echo "i40e" | sudo tee /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/driver_override
echo "0000:01:00.0" | sudo tee /sys/bus/pci/drivers_probe

解除覆盖：

echo "" | sudo tee /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/driver_override

8.4. 重扫总线（设备热插后无显示）

echo 1 | sudo tee /sys/bus/pci/devices/0000:00:1c.0/../rescan
# 或
echo 1 | sudo tee /sys/bus/pci/rescan

9. 错误与调试

9.1. AER（Advanced Error Reporting）

PCIe 设备出现不可纠正错误时，AER 会写入日志：

dmesg | grep -i aer
sudo journalctl -k | grep -i aer

按级别分类：

• Correctable（可纠正）：CRC 错误、流控制更新等；一般自恢复
• Uncorrectable（非致命）：数据链路层错误、毒位错误等
• Uncorrectable（致命）：链路重训练、组件复位等

9.2. 启用 AER 详细日志

sudo setpci -s 01:00.0 CAP_EXP+8.B
# 查看 AER capability 是否启用

# 通过 sysfs 配置
echo 0xffff | sudo tee /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/aer_dev_correctable
echo 0xffff | sudo tee /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/aer_dev_fatal
echo 0xffff | sudo tee /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/aer_dev_nonfatal

9.3. 查看链路层状态

# 协商速率（GT/s）
cat /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/current_link_speed

# 协商宽度（x1 / x4 / x8 / x16）
cat /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/current_link_width

# 期望最大值（设备能力）
cat /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/max_link_speed
cat /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/max_link_width

如果当前协商低于 max，多半是链路训练问题（接触不良、固件、BIOS 设置等）。

10. 电源管理（ASPM）

ASPM（Active State Power Management）允许 PCIe 链路在不传送数据时进入低功耗状态。Linux 默认对部分设备启用。

10.1. 查看 ASPM 策略

cat /sys/module/pcie_aspm/parameters/policy

返回 default [performance]、powersave、off 等。

10.2. 查看各设备 ASPM 状态

for d in /sys/bus/pci/devices/*/; do
  echo "$(basename "$d")  aspm=$(cat "$d/aspm_state" 2>/dev/null)"
done | head

10.3. 临时切换策略

echo powersupersave | sudo tee /sys/module/pcie_aspm/parameters/policy

持久化需要在启动参数加 pcie_aspm=policy=powersupersave。

11. NVMe / GPU 等典型设备速查

11.1. NVMe SSD

# 找到 NVMe 设备对应的 PCI BDF
lspci -d ::0108 -nn      # 0108 = Non-Volatile memory controller

# 配合 nvme list
sudo nvme list

11.2. GPU

lspci -d ::0300 -nn       # 0300 = VGA

11.3. 网络卡

lspci -d ::0200 -nn       # 0200 = Ethernet controller

12. 参考

1. lspci(8) — Linux manual page
2. PCI Express — Wikipedia
3. Linux PCI subsystem — kernel.org
4. sysfs 下的 PCI 设备目录