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1、PCI 配置空间简介PCI 有三个互相独立的物理地址空间：设备存储器地址空间、I/O 地址空间和配置空间，配置空间是 PCI 所特有的一个物理空间。由于 PCI 支持设备即插即用，所以 PCI 设备不占用固定的内存地址空间或 I/O 地址空间，而是可以由操作系统决定其映射的基址。系统加电时，BIOS 检测 PCI 总线，确定所有连接在 PCI 总线上的设备以及它们的配置要求，并进行系统配置。所以，所有的 PCI 设备必须实现配置空间，从而能够实现参数自动配置，实现真正的即插即用。PCI 总线规范定义的配置空间总长度为 256 个字节，配置信息按一定的顺序和大小依次存放。前 64 个字节的配置空
2、间称为配置头，对于所有的设备都一样，配置头的功能主要是用来识别设备，定义主机访问 PCI 卡的方式（I/O 访问或者存储器访问，还有中断信息）。其余的 192 个字节的配置空间称为本地配置空间，主要定义卡上局部总线的特性、本地空间的基地址及范围。一个较为典型的 PCI 总线体系结构图。我们来看看 PCI 设备是如何被识别和工作的。 首先，如何读取配置空间 PCI 设备的配置信息包含了关于这个设备的基本情况的介绍，包括设备的名称，功能，使用方式等，因此首先必需要读取 PCI 设备的配置空间，才能够再讨论 PCI 设备的识别以及操作了。 PCI 规范系列文档总共定义了三种方法让 CPU 通过 Ho
3、st/PCI 桥在 PCI 总线上启动配置空间访问事务，这三种方法是：（1）配置机制1，即 Host/PCI 桥将 CPU 对 Host/PCI 桥设备的配置地址端口 0xcf8 和配置数据端口 0xcfc 的访问转换为桥后 PCI 总线上的配置空间访问事务。这也是 PCI Specification 2.2 所定义的唯一方法。（2）配置机制2。这是早期 PCI 规范所定义的方法，在PCI Specification 2.2 中已经被去除。（3）通过 PCI BIOS 提供的服务来访问配置空间。我主要介绍一下最最常用的第一种方法。 对于 PC-AT compatible System，可以通过
4、两个 I/O 端口来操作，CONFIG_ADDRESS(CF8h),CONFIG_DATA(CFCh)（都是 32 位的），通过给CONFIG_ADDRESS 写如下命令字Bus Number 选择是那个 PCI 总线，Device Number 选择这个总线上的那个设备，Function Number 选择这个设备上的那个子设备（称作功能），host-bridge 会通过以上信息选择正确的 pci 设备（置高正确的 IDSEL 引脚），然后给这个 pci设备发送 configuration read/write（可以参考 PCI 总线规范， PCI 总线上一共有三种不同读写类型的命令，IO,
5、MEMORY,CONFIG,具体的做法是通过在给 PCI设备传送地址的时候 C/BE3:0引脚上的值来决定到底是什么命令的，随后是data circle） 命令读取配置空间相应的 Register Number 处的 Dword 值到CONFIG_DATA 端口上。 Configuration read/write 命令同一般的 io 或 mem 的 read/write 不一样，他在PCI 地址线上放的不是实际的地址，而是将 CONFIG_ADDRESS 上的数据改变了一下放到 PCI 总线的 AD 引脚上，如图（当然对于所找的 PCI 设备不在 host-bridge 后直联的 pci 总
6、线上的情况，还要复杂点）。PCI 设备规定必须要支持 configuration read/write 操作，所以其会回复相应的配置空间 Register Number 位置处的值给 host bridge,从而传递到 COFIG_DATA端口。 对于 PCI 设备的配置空间，这个是有规定的，最小为 150 字节，格式如下：另外，补充一下，对于端口 CF8h 和 CFCh 的访问必须是双字 DWORD 的访问，其他的访问会被 host bridge 直接传递，因此这两个端口还可以给其他设备用。 再来看看 PCI 设备是如何被识别的 当机器刚启动以后，内核在起初始化阶段会依次采用上面提到的三种访
7、问配置空间的方法来查询主板上 PCI 总线上的 PCI 设备的配置空间。内核首要查找的是 PCI 总线编号为 0 的那个 PCI 根总线上的 Host/PCI 桥或者是 VGA 现实控制器的 PCI 设备，或者是厂商 ID 为 INTEL 和 Compaq 的 PCI 设备，只要上述的设备之一被检查到，那么内核就结束了 PCI 总线的探测工作，确定了通过哪种方式来访问配置空间。随后，系统会进行 PCI 总线枚举过程，也就是说它会依次查询各个 PCI 总线上的所有设备（从根总线开始查找其下面的每一个设备，其它的总线对于上级总线来说也类似于一个 PCI 设备，一次可以递归深入查找），枚举的过程其实
8、就是往 CONFIG_ADDRESS 端口发送各种不同 Bus Number 以及 Device Number 的命令字。经过这个枚举过程，系统就得到了当前主板上的所有 PCI 设备的配置信息了。 PCI 设备通过这些配置信息（看上面的那个表）告诉系统自己的 ID（用来区分不同的设备以及帮助驱动程序绑定特定的设备），同时还可以把 PCI 设备上的一些寄存器、内存和 IO 资源通过 BAR(Base Address Register)告诉系统，从而系统可以根据这些信息给设备上的寄存器和内存和 IO 端口资源分配总线地址，在必要的时候再将这些资源映射到系统内存和端口上（这一步是通过驱动程序实现的，
9、将 PCI 设备的物理资源（即总线地址）建立虚拟映射），这样访问PCI 设备，就变成了访问系统内存和 IO 端口操作了（通过命令iowrite32/ioread32 操作）。对于设备上大内存的访问，也有通过 DMA 实现的，它可以将 PCI 总线这边的（也就是主机下的）内存里的数据，搬移到 pci 总线上的设备的内存中，当然前提是这个设备支持这种 DMA（做法是把主机内存的虚拟地址转换成总线地址，然后再填写设备的目标和源地址，以及传输的数据大小，启动 DMA 就可以了）。 设备被识别以后，驱动程序也建立好了相应的内存和端口映射了，那么就是要按照不同的 PCI 设备的手册来读写设备的寄存器、内存以及 IO 端口，完成设备相应的功能。PCI 驱动程序一般只是封装了几组底层的访问特定寄存器、内存和 IO 端口的操作，提供给用户一组实在的功能，如读取 PCI 设备的视频信息等。
