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**ユーザースペースにおけるPCIeデバイス仮想化を実現するLinuxカーネルフレームワーク**

2026/01/20 16:51

**ユーザースペースにおけるPCIeデバイス仮想化を実現するLinuxカーネルフレームワーク**

RSS: https://news.ycombinator.com/rss

元のHacker News記事へ ↗
要約▶

Japanese Translation:

PCIem は、開発者がユーザー空間で完全に合成された PCI Express デバイスを作成・テストできる Linux カーネルフレームワークです。
これらの仮想デバイスは 

/dev/pciem
を介してホスト OS に公開され、完全な PCI 設定空間、プログラム可能なベースアドレスレジスタ（BAR）管理、割り込み処理（INTx、MSI、MSI‑X）、IOMMU 対応 DMA の原子操作、およびホワイトリスト制御されたピア・ツー・ピア（P2P）DMA を実装します。

PCIem のコアはリンクドリストとして実装されたモジュラー PCI キャパビリティシステムを使用しており、開発者がデバイス機能を動的に拡張できます。ユーザー空間コンポーネントが実際の PCIe ロジックを提供し、物理ハードウェアなしでプロトタイピングが可能です。
現在のユースケースは、QEMU で完全にプログラムされた ProtoPCIem カードです。このカードはソフトウェアレンダリングされた DOOM と OpenGL 1.X ゲームを実行し、コマンドリストをユーザー空間で処理します。

フレームワークのライセンスは、コアファイル（

pciem_framework.c
、
protopciem_driver.c
）が MIT/GPL‑v2 の二重ライセンスであり、残りのコードベースは MIT です。ドキュメントは https://cakehonolulu.github.io/docs/pciem/ にあり、ブログ紹介は https://cakehonolulu.github.io/introducing-pciem/ にあります；PCI Express 仕様は https://pcisig.com/specifications を参照しています。

物理ハードウェアを不要にすることで、PCIem はコストを削減し、PCIe デバイスドライバのプロトタイピング、デバッグ、およびテストを迅速化します。これにより、学術機関、組み込みベンダー、およびオープンソースカーネル貢献者が恩恵を受けます。

本文

ユーザー空間のみで動作する合成PCIeデバイスエミュレーション用Linuxカーネルフレームワーク

PCIemとは？

PCIemは、Linuxカーネル内に仮想PCIeデバイスを作成し、ホストOSが正規のPCIデバイスとして認識できるようにする新しい手法を用いたフレームワークです。
簡単に言えば、開発者やテスターは実際のハードウェアを必要とせずにPCIeデバイスドライバを扱うことができます。

アーキテクチャ

┌───────────────────────────────────────────┐
│                                           │
│ ──► ホスト Linux カーネル                 │
│                                           │
│     ┌─────────────────────────────────────┐
│     │      PCIem フレームワーク             │
│     │                                       │
│     │  - PCI 設定空間                       │
│     │  - BAR マッピング                     │
│     │  - INT/MSI/MSI‑X 割り込み              │
│     │  - DMA（IOMMU 有無）                   │
│     │  - P2P DMA                             │
│     └─────────────────────────────────────┘
│                                           │
│   /dev/pciem                                 │
│                                           │
└───────────────────────────────────────────┘
          ▲
          │
          ▼
┌───────────────────────────────────────────────────┐
│                                                   │
│                Linux ユーザー空間                 │
│                                                   │
│     ┌───────────────────────────────────────┐    │
│     │  ユーザー空間 PCI シム                  │    │
│     │  - PCIe デバイスロジックをエミュレート   │    │
│     └───────────────────────────────────────┘    │
│                                                   │
└───────────────────────────────────────────────────┘

*実際のPCIeドライバはPCIemを認識せず、変更されていない本番ロジックをそのまま使用します。*

---

## 現在の機能

- **BARサポート** – BAR をプログラムで登録・管理。  
- **ウォッチポイント** – CPU ウォッチポイントを用いたイベント駆動型アクセス検出。  
- **レガシー IRQ/MSI/MSI‑X サポート** – 動的トリガリングに対応した完全割り込みサポート。  
- **PCI キャパビリティフレームワーク** – モジュール化された PCI 能力システム（リンクリスト実装）。  
- **DMA システム** – IOMMU 対応 DMA 操作と原子メモリアクセスのサポート。  
- **P2P DMA** – デバイス間のピアツーピア DMA、ホワイトリストベースのアクセス制御付き。  
- **ユーザー空間定義** – PCIe プロトタイプを任意の場所で実装可能。

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## 例

### ProtoPCIem カード
このカードは QEMU 内だけで完全にプログラムされ、ホスト上で動作する実際のドライバからのユーザー空間初期化とコマンド処理をすべて担当します。  
ソフトウェアレンダリングされた DOOM（フレーム完了時に DMA でカードへ転送して QEMU ディスプレイへ表示）や、**tyr-glquake**・**xash3d** のような OpenGL 1.x ゲームを実行できます。これはすべて QEMU 内で実装されたカスタム OpenGL ステートマシンがコマンドリストをソフトウェアレンダリングし、内部状態を更新することで実現しています。

---

## ライセンス

- Dual MIT/GPLv2（`pciem_framework.c` と `protopciem_driver.c`）  
- MIT（その他のファイル）

---

### 参考資料

- ブログ記事: https://cakehonolulu.github.io/introducing-pciem/  
- ドキュメント: https://cakehonolulu.github.io/docs/pciem/  
- PCI Express 仕様書: https://pcisig.com/specifications

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**2019年 「見えないままに隠された26000年前の天文モニュメント」**

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