一、PCI簡單介紹
PCI是一種外設匯流排規範。我們先來看一下什麼是匯流排：匯流排是一種傳輸訊號的路徑或通道。典型情況是，匯流排是串連於一個或多個導體的電氣連線，總 線上串連的全部裝置可在同一時間收到全部的傳輸內容。匯流排由電氣介面和編程介面組成。本文討論Linux 下的裝置驅動，所以，重點關注編程介面。
PCI是Peripheral Component Interconnect（外圍裝置互聯）的簡稱，是普遍使用在案頭及更大型的電腦上的外 設匯流排。PCI架構被設計為ISA標準的替代品，它有三個主要目標：獲得在電腦和外設之間資料轉送時更好的效能；儘可能的平台無關；簡化往系統中加入和 刪除外設的工作。
二、PCI定址
從如今開始，我想儘可能通過一些實際的範例來說明問題，而降低理論方面的問題的描寫敘述，由於，相關的理論的東西，能夠在其他地方找到。
我們先來看一個範例，我的電腦裝有1G的RAM，1G以後的實體記憶體地址空間都是外部裝置IO在系統記憶體位址空間上的映射。 /proc/iomem描寫敘述了系統中全部的裝置I/O在記憶體位址空間上的映射。我們來看地址從1G開始的第一個裝置在/proc/iomem中是怎樣描寫敘述 的：
40000000-400003ff : 0000:00:1f.1
這是一個PCI裝置，40000000-400003ff是它所映射的記憶體位址空間，佔領了記憶體位址空間的1024 bytes的位置，而 0000:00:1f.1則是一個PCI外設的地址,它以冒號和逗號分隔為4個部分，第一個16位表示域，第二個8位表示一個匯流排編號，第三個5位表示一 個裝置號，最後是3位，表示功能號。 由於PCI規範同意單個系統擁有高達256個匯流排，所以匯流排編號是8位。但對於大型系統而言，這是不夠的，所以，引入了域的概念，每一個 PCI域能夠擁有最多256個匯流排，每一個匯流排上可支援32個裝置，所以裝置號是5位，而每一個裝置上最多可有8種功能，所以功能號是3位。由此，我們能夠得 出上述的PCI裝置的地址是0號域0號匯流排上的31號裝置上的1號功能。 那上述的這個PCI裝置究竟是什麼呢？以下是我的電腦上的lspci命令的輸出：
00:00.0 Host bridge: Intel Corporation 82845 845 (Brookdale) Chipset Host Bridge (rev 04)
00:01.0 PCI bridge: Intel Corporation 82845 845 (Brookdale) Chipset AGP Bridge(rev 04)
00:1d.0 USB Controller: Intel Corporation 82801CA/CAM USB (Hub #1) (rev 02)
00:1d.1 USB Controller: Intel Corporation 82801CA/CAM USB (Hub #2) (rev 02)
00:1e.0 PCI bridge: Intel Corporation 82801 Mobile PCI Bridge (rev 42)
00:1f.0 ISA bridge: Intel Corporation 82801CAM ISA Bridge (LPC) (rev 02)
00:1f.1 IDE interface: Intel Corporation 82801CAM IDE U100 (rev 02)
00:1f.3 SMBus: Intel Corporation 82801CA/CAM SMBus Controller (rev 02)
00:1f.5 Multimedia audio controller:Intel Corporation 82801CA/CAM AC‘97 Audio Controller (rev 02)
00:1f.6 Modem: Intel Corporation 82801CA/CAM AC‘97 Modem Controller (rev 02)
01:00.0 VGA compatible controller: nVidia Corporation NV17 [GeForce4 420 Go](rev a3)
02:00.0 FireWire (IEEE 1394): VIA Technologies, Inc. IEEE 1394 Host Controller(rev 46)
02:01.0 Ethernet controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL-8139/8139C/8139C+(rev 10)
02:04.0 CardBus bridge: O2 Micro, Inc. OZ6933 Cardbus Controller (rev 01)
02:04.1 CardBus bridge: O2 Micro, Inc. OZ6933 Cardbus Controller (rev 01)
lspci沒有標明域，但對於一台PC而言，一般僅僅有一個域，即0號域。通過這個輸出我們能夠看到它是一個IDE interface。由上述的 輸出能夠看到，我的電腦上共同擁有3個PCI匯流排(0號，1號，2號）。在單個系統上，插入多個匯流排是通過橋（bridge)來完畢的，橋是一種用來串連匯流排 的特殊PCI外設。所以，PCI系統的總體布局組織為樹型，我們能夠通過上面的lspci輸出，來畫出我的電腦上的PCI系統的樹型結構：
00:00.0(主橋）--00:01.0(PCI橋）-----01:00:0(nVidia顯卡）
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|---00:1d(USB控制器)--00:1d:0(USB1號控制器）
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| |--00:1d:1(USB2號控制器） |
|-00:1e:0(PCI橋)--02:00.0(IEEE1394)
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| |-02:01.0(8139網卡）
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| |-02:04(CardBus橋)-02:04.0(橋1）
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| |--02:04.1(橋2)
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|-00:1f(多功能板卡)-00:1f:0(ISA橋）
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|--00:1f:1(IDE介面)
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|--00:1f:3(SMBus)
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|--00:1f:5(多媒體聲音控制器)
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|--00:1f:6(數據機)
由能夠得出，我的電腦上共同擁有8個PCI裝置，當中0號匯流排上(主橋)上連有4個，1號匯流排上連有1個，2號匯流排上連有3個。00:1f是一個連有5個功能的多功能板卡。
每一個PCI裝置都有它映射的記憶體位址空間和它的I/O地區，這點是比較easy理解的。除此之外，PCI裝置還有它的配置寄存器。有了配置寄存器， PCI的驅動程式就不須要探測就能訪問裝置。配置寄存器的布局是標準化的，配置空間的4個位元組含有一個獨一無二的功能ID，因此，驅動程式可通過查詢外設 的特定 ID來識別其裝置。所以，PCI介面標準在ISA之上的主要創新在於配置地址空間。
前文已講過，PCI驅動程式不須要探測就能訪問裝置，而這得益於配置地址空間。在系統引導階段，PCI硬體裝置保持未啟用狀態，但每一個PCI主板均配備有能夠處理PCI的韌體，韌體通過讀寫PCI控制器中的寄存器，提供了對裝置配置地址空間的訪問。
配置地址空間的前64位元組是標準化的，它提供了廠商號，裝置號，版本等資訊，唯一標識一個PCI裝置。同一時候，它也提供了最多可多達6個的I/O 地址地區，每一個地區能夠是記憶體也能夠是I/O地址。這幾個I/O地址地區是驅動程式找到裝置映射到記憶體和I/O空間的具體位置的唯一途徑。有了這兩點， PCI驅動程式就完畢了相當於探測的功能。關於這64個位元組的配置空間的具體情況，可參閱《Linux裝置驅動程式第三版》P306，不再詳述。
以下，我們來看一下8139too網卡裝置的配置空間的具體情況。在2.6核心的系統中，能夠在檔案夾/sys/bus/pci/drivers/ 下看到非常多以PCI裝置名稱命名的檔案夾，但不是說這些裝置都存在於你的系統中。我們進入8139too檔案夾，當中有一個以它的裝置地址0000:02: 01.0命名的檔案夾。在這個檔案夾下能夠找到該網卡裝置相關的非常多資訊。當中resource記錄了它的6個I/O地址地區。內容例如以下：
0x0000000000003400 0x00000000000034ff 0x0000000000000101
0x00000000e0000800 0x00000000e00008ff 0x0000000000000200
0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
由該檔案能夠看出，8139too裝置使用了兩個I/O地址地區，第一個是它映射的I/O連接埠範圍，第二個是它映射的記憶體位址空間。關於這兩個值能夠在/proc/iomem和/proc/ioport中得到驗證。 -[0000:00]-+-00.0
+-02.0
+-1d.0
+-1d.1
+-1d.2
+-1d.7
+-1e.0-[0000:01]--+-02.0
| /-05.0
+-1f.0
+-1f.1
+-1f.3
/-1f.5
00:00.0 Host bridge: Intel Corporation 82845G/GL[Brookdale-G]/GE/PE DRAM Controller/Host-Hub Interface (rev 03)
00:02.0 VGA compatible controller: Intel Corporation 82845G/GL[Brookdale-G]/GE Chipset Integrated Graphics Device (rev 03)
00:1d.0 USB Controller: Intel Corporation 82801DB/DBL/DBM (ICH4/ICH4-L/ICH4-M) USB UHCI Controller #1 (rev 02)
00:1d.1 USB Controller: Intel Corporation 82801DB/DBL/DBM (ICH4/ICH4-L/ICH4-M) USB UHCI Controller #2 (rev 02)
00:1d.2 USB Controller: Intel Corporation 82801DB/DBL/DBM (ICH4/ICH4-L/ICH4-M) USB UHCI Controller #3 (rev 02)
00:1d.7 USB Controller: Intel Corporation 82801DB/DBM (ICH4/ICH4-M) USB2 EHCI Controller (rev 02)
00:1e.0 PCI bridge: Intel Corporation 82801 PCI Bridge (rev 82)
00:1f.0 ISA bridge: Intel Corporation 82801DB/DBL (ICH4/ICH4-L) LPC Interface Bridge (rev 02) (LPC Hub 控制器 1 )
00:1f.1 IDE interface: Intel Corporation 82801DB (ICH4) IDE Controller (rev 02)
00:1f.3 SMBus: Intel Corporation 82801DB/DBL/DBM (ICH4/ICH4-L/ICH4-M) SMBus Controller (rev 02)
00:1f.5 Multimedia audio controller: Intel Corporation 82801DB/DBL/DBM (ICH4/ICH4-L/ICH4-M) AC‘97 Audio Controller (rev 02)
01:02.0 Communication controller: Conexant HSF 56k HSFi Modem (rev 01)
01:05.0 Ethernet controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL-8139/8139C/8139C+ (rev 10) |
