系統虛擬化學習筆記——PCI裝置

標籤：blog   http   os   使用   io   ar   2014   cti   log   

內容摘自《系統虛擬化：原理與實現》PCI 匯流排架構

　　PCI匯流排是典型的樹結構。把北橋中host-PCI橋看做根，匯流排中其他PCI-PCI橋，PCI-ISA橋（ISA匯流排轉PCI匯流排橋）等橋裝置和

直接連PCI匯流排的裝置看做節點，整個PCI架構可以概括成：

　　通過橋，PCI可以很容易被擴充，並且與其他匯流排相互掛接，構成整個系統的匯流排網路。與HOST-PCI橋相連的匯流排稱為匯流排0，

其他層次匯流排的編號，是在BIOS（或者作業系統）枚舉裝置時確定的。

 

裝置標識符

　　裝置標識符可以看做裝置在PCI匯流排上的地址，它的格式如下所示：

其中8位的bus欄位代表裝置所在的匯流排號，故系統中最多有256條匯流排。Device欄位表示裝置號，代表在bus所表示匯流排上的一個裝置。

Function表示功能號，標識具體裝置上的某個功能單元（邏輯裝置）。舉一個例子，一塊PCI卡，它上面有兩個獨立的裝置，這兩個裝置

共用一些電子線路，那麼這兩個裝置就是這塊PCI卡的兩個功能單元。如Function欄位長度暗示的，一個獨立的PCI裝置最多有8個功能

單元，Device和Function一般合起來用， 表示一條匯流排上一共最多能有256個裝置。通常用裝置標識符三個欄位的縮寫BDF來代表它。

 

PCI配置空間

對於程式員來說，不需要瞭解PCI裝置電路上的實現細節，只需要瞭解它的介面即可。PCI配置空間就是這麼一個介面，其結構如所示：

　　PCI裝置規範規定，裝置的配置空間最多為256個位元組，其中前64個位元組的格式i和用途是統一的，對程式員來說最重要的是

Base Address Registers和Interrupt Pin，Interrupt Line。

（1） Base Address Registers： 基地址寄存器，也就是常說的PCI bar。它報告裝置寄存器或者裝置RAM在I/O連接埠地址空間

（或物理地址空間）的地址。地址是由軟體（BIOS或作業系統）動態配置的。通常枚舉PCI裝置的軟體（BIOS或作業系統）會在

獲得平台所有PCI裝置之後，根據裝置數量，按照固定的演算法為每個裝置的PCI bar分配I/O連接埠（或物理地址）。裝置的電子線路

負責把這些連接埠（或地址）映射到自身的寄存器上，這樣，CPU就可以通過連接埠號碼（port I/O方式），物理地址（MMIO方式）訪問

到裝置了。使用哪種方式訪問，由PCI bar的最後一個位表示，該位為1時，表示是I/O連接埠；該位是0時，表示是MMIO連接埠。

（2）Interrupt Pin: 中斷針腳。 PCI中斷線的標準設計是4條：INTA，INTB，INTC，INTD，分別對應值0~3。該寄存器的值表示

裝置串連的是哪個中斷針腳。

（3）Interrupt Line: 裝置的中斷線。該寄存器只起一個保護作用，BIOS和作業系統可以自由使用它。BIOS通常用它來儲存裝置所連

的PIC/IOAPIC的管腳號。

　　x86架構把IO地址空間的0xCF8~0xCFF段預留給了PCI匯流排，用於訪問裝置的配置空間。其中前32位的寄存器為“地址寄存器”，後

32位為“值寄存器”。軟體把裝置的BDF和要訪問的配置空間的位元組位移寫入“地址寄存器”中，就可以通過“值寄存器”讀寫該配置空間了。

 

PCI裝置枚舉過程

　　PCI裝置的枚舉過程一般是由BIOS或者作業系統完成的。

　　從前面的PCI匯流排概要圖知道，PCI裝置和匯流排一起構成了樹結構，其中PCI-PCI橋是子樹的根節點，裝置枚舉的過程就是要在記憶體中

建立一顆和實際匯流排情況相符合的裝置樹。枚舉過程中最重要的步驟是發現PCI-PCI橋。這個可以通過PCI配置空間的HeaderType欄位判

斷，該欄位為1時表示橋裝置。PCI-PCI橋主要有三個屬性：

• Primary bus： 表示該橋所屬的根匯流排
• Secondary bus： 表示以該橋為根節點的子匯流排
• Subordinate bus： 表示該橋為根的子樹中，最大的匯流排號

　　下面以說明三者的關係。

　　如所示，對於“PCI-PCI橋1”，其Primary bus為匯流排0，Secondary bus為匯流排1，而以它為根的匯流排中最大的匯流排

號為2，所以其Subordinate bus為匯流排2。

　　裝置枚舉從根節點HOST-PCI橋開始，首先探測匯流排0上的各個裝置。當探測到第一個橋裝置時，為其分配Primary bus號和

Secondary bus號，其中Secondary bus號為1（即當前系統中最大匯流排號加1），Subordinate bus號暫時和Secondary bus

號相同，當在子樹中發現新匯流排後會自動調整該值。接著以該橋為根節點，繼續探測其下屬匯流排，其過程與前面相同，發現第一個

橋裝置後則以其為根繼續往下探測，如此反覆知道所有的子樹都探測完畢。

　　當PCI-PCI橋收到寫入0xCF8中的BDF後，會將Bus欄位與自身的Secondary Bus相比，相符則在下屬匯流排上搜尋裝置；如果

不相符，當Bus值落在Subordinate bus範圍內，則將該地址傳遞給下屬匯流排中各橋，否則不予理睬。

　　通過這種方式，BIOS或者作業系統可以枚舉出匯流排上所有裝置並為之分配資源，一旦PCI配置空間設定好，軟體就可以通過PCI

bar直接存取裝置了。

　　

系統虛擬化學習筆記——PCI裝置