05-PCI配置空间访问

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21.1.3 PCI配置空间访问

PCI有3种地址空间：PCI I/O空间、PCI内存地址空间和PCI配置空间。CPU可以访问所有的地址空间，其中PCI I/O空间和PCI内存地址空间由设备驱动程序使用。PCI支持自动配置设备，与旧的ISA驱动程序不一样，PCI驱动程序不需要实现复杂的检测逻辑。启动时，BIOS或内核自身会遍历PCI总线并分配资源，如中断优先级和I/O基址。设备驱动程序通过PCI配置空间来找到资源分配情况。

PCI规范定义了3种类型的PCI配置空间头部，其中type 0用于标准的PCI设备，type 1用于PCI桥，type 2用于PCI CardBus桥。如图2.17所示，不管是哪一种类型的配置空间头部，其前16个字节的格式都是相同的，/include/linux/pci_regs.h文件中定义了PCI配置空间头部，如代码清单21.3所示。

代码清单21.3 PCI配置空间头部寄存器定义

1 #define PCI_VENDOR_ID 0x00 / 16位厂商ID /

2 #define PCI_DEVICE_ID 0x02 / 16位设备ID /

4 / PCI命令寄存器 /

5 #define PCI_COMMAND 0x04 / 16位 /

6 #define PCI_COMMAND_IO 0x1 / 使能设备响应对I/O空间的访问 /

7 #define PCI_COMMAND_MEMORY 0x2 / 使能设备响应对存储空间的访问 /

8 #define PCI_COMMAND_MASTER 0x4 / 使能总线主模式 /

9 #define PCI_COMMAND_SPECIAL 0x8 / 使能设备响应特殊周期 /

10 #define PCI_COMMAND_INVALIDATE 0x10 /使用PCI内存写无效事务 /

11 #define PCI_COMMAND_VGA_PALETTE 0x20 / 使能VGA调色板侦测 /

12 #define PCI_COMMAND_PARITY 0x40 / 使能奇偶校验 /

13 #define PCI_COMMAND_WAIT 0x80 / 使能地址/数据步进 /

14 #define PCI_COMMAND_SERR 0x100 / 使能SERR /

15 #define PCI_COMMAND_FAST_BACK 0x200 / 使能背靠背写 /

16 #define PCI_COMMAND_INTX_DISABLE 0x400 / 禁止中断竞争/

18 / PCI状态寄存器 /

19 #define PCI_STATUS 0x06 / 16位 /

20 #define PCI_STATUS_CAP_LIST 0x10 / 支持的能力列表 /

21 #define PCI_STATUS_66MHz 0x20 / 支持PCI 2.1 66MHz /

22 #define PCI_STATUS_UDF 0x40 / 支持用户定义的特征 /

23 #define PCI_STATUS_FAST_BACK 0x80 / 快速背靠背操作 /

24 #define PCI_STATUS_PARITY 0x100 / 侦测到奇偶校验错 /

25 #define PCI_STATUS_DEVSEL_MASK 0x600 / DEVSEL定时 /

26 #define PCI_STATUS_DEVSEL_FAST 0x000

27 #define PCI_STATUS_DEVSEL_MEDIUM 0x200

28 #define PCI_STATUS_DEVSEL_SLOW 0x400

29 #define PCI_STATUS_SIG_TARGET_ABORT 0x800 / 目标设备异常 /

30 #define PCI_STATUS_REC_TARGET_ABORT 0x1000 / 主设备确认 /

31 #define PCI_STATUS_REC_MASTER_ABORT 0x2000 / 主设备异常 /

32 #define PCI_STATUS_SIG_SYSTEM_ERROR 0x4000 / 驱动了SERR /

33 #define PCI_STATUS_DETECTED_PARITY 0x8000 / 奇偶校验错 /

35 / 类代码寄存器和修订版本寄存器 /

36 #define PCI_CLASS_REVISION 0x08 / 高24位为类码，低8位为修订版本 /

37 #define PCI_REVISION_ID 0x08 / 修订号 /

38 #define PCI_CLASS_PROG 0x09 / 编程接口 /

39 #define PCI_CLASS_DEVICE 0x0a / 设备类 /

40 #define PCI_CACHE_LINE_SIZE 0x0c / 8位 /

41 #define PCI_LATENCY_TIMER 0x0d / 8位 /

43 / PCI头类型 /

44 #define PCI_HEADER_TYPE 0x0e / 8位头类型 /

45 #define PCI_HEADER_TYPE_NORMAL 0

46 #define PCI_HEADER_TYPE_BRIDGE 1

47 #define PCI_HEADER_TYPE_CARDBUS 2

49 / 表示配置空间头部中的Built-In Self-Test寄存器在配置空间中的字节地址索引 /

50 #define PCI_BIST 0x0f / 8 位 /

51 #define PCI_BIST_CODE_MASK 0x0f / 完成代码 /

52 #define PCI_BIST_START 0x40 / 用于启动BIST/

53 #define PCI_BIST_CAPABLE 0x80 / 设备是否支持BIST？ /

紧接着前16个字节的寄存器为基地址寄存器0～基地址寄存器5，其中，PCI_BASEADDRESS 2～5仅对标准PCI设备的0类型配置空间头部有意义，而PCI_BASE_ADDRESS_0～1则适用于0类型和1类型配置空间头部。

基地址寄存器中的bit［0］的值决定了这个基地址寄存器所指定的地址范围是在I/O空间还是在内存映射空间内进行译码。当基地址寄存器所指定的地址范围位于内存映射空间中时，其bit ［2∶1］表示内存地址的类型，bit［3］表示内存范围是否为可预取（Prefetchable）的内存。

1类型配置空间头部适用于PCI-PCI桥设备，其基地址寄存器0与基地址寄存器1可以用来指定桥设备本身可能要用到的地址范围，而后40个字节（0x18～0x39）则被用来配置桥设备的主、次编号以及地址过滤窗口等信息。

pci_bus结构体中的pci_ops类型成员指针ops指向该PCI总线所使用的配置空间访问操作的具体实现，pci_ops 结构体的定义如代码清单21.4所示。

代码清单21.4 pci_ops结构体

1 struct pci_ops {

2 int(read)(struct pci_bus bus, unsigned int devfn, int where, int size, u32

3 val);/ 读配置空间 */

4 int(write)(struct pci_bus bus, unsigned int devfn, int where, int size, u32

5 val); / 写配置空间 /

6 };

read()和write()成员函数中的size表示访问的是字节、2字节还是4字节，对于write()而言，val是要写入的值；对于read()而言，val是要返回的读取到的值的指针。通过bus参数的成员以及devfn可以定位相应PCI总线上相应PCI逻辑设备的配置空间。在Linux设备驱动中，可用如下一组函数来访问配置空间：

inline int pci_read_config_byte(struct pci_dev dev, int where, u8 val);

inline int pci_read_config_word(struct pci_dev dev, int where, u16 val);

inline int pci_read_config_dword(struct pci_dev dev, int where, u32 val);

inline int pci_write_config_byte(struct pci_dev *dev, int where, u8 val);

inline int pci_write_config_word(struct pci_dev *dev, int where, u16 val);

inline int pci_write_config_dword(struct pci_dev *dev, int where, u32 val);

上述函数只是对如下函数进行调用：

int pci_bus_read_config_byte (struct pci_bus bus, unsigned int devfn, int where, u8 val);

/ 读字节 /

int pci_bus_read_config_word (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int where, u16

val); / 读字 */

int pci_bus_read_config_dword (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int where, u32

val); / 读双字 */

int pci_bus_write_config_byte (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int where, u8

val); / 写字节 /

int pci_bus_write_config_word (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int where, u16

val); / 写字 /

int pci_bus_write_config_dword (struct pci_bus *bus, unsigned int devfn, int where, u32

val); / 写双字 /

最后，我们来看一下PCI总线、设备与驱动在/proc和/sysfs文件系统中的描述。首先，通过查看/proc/bus/pci中的文件，可以获得系统连接的PCI设备的基本信息描述。在本书配套虚拟机Linux上的/proc/bus/pci目录下的树型结构如下：

/proc/bus/pci

|-- 00

| |-- 00.0

| |-- 01.0

| |-- 01.1

| |-- 02.0

| |-- 03.0

| |-- 04.0

| |-- 05.0

| |-- 06.0

| |-- 07.0

| `-- 0b.0

`-- devices

1 directory, 11 files

sysfs文件系统/sys/bus/pci目录中也给出了系统中总线上挂接的设备及驱动信息，该目录下的树型结构如下：

/sys/bus/pci

|-- devices

| |-- 0000:00:00.0 → ../../../devices/pci0000:00/0000:00:00.0

| |-- 0000:00:01.0 → ../../../devices/pci0000:00/0000:00:01.0

| |-- 0000:00:01.1 → ../../../devices/pci0000:00/0000:00:01.1

| |-- 0000:00:02.0 → ../../../devices/pci0000:00/0000:00:02.0

| |-- 0000:00:03.0 → ../../../devices/pci0000:00/0000:00:03.0

| |-- 0000:00:04.0 → ../../../devices/pci0000:00/0000:00:04.0

| |-- 0000:00:05.0 → ../../../devices/pci0000:00/0000:00:05.0

| |-- 0000:00:06.0 → ../../../devices/pci0000:00/0000:00:06.0

| |-- 0000:00:07.0 → ../../../devices/pci0000:00/0000:00:07.0

| `-- 0000:00:0b.0 → ../../../devices/pci0000:00/0000:00:0b.0

|-- drivers

| |-- Intel ICH

| | |-- 0000:00:05.0 → ../../../../devices/pci0000:00/0000:00:05.0

| | |-- bind

| | |-- module → ../../../../module/snd_intel8x0

| | |-- new_id

| | |-- uevent

| | `-- unbind

| ...

| |-- pcnet32

| | |-- 0000:00:03.0 → ../../../../devices/pci0000:00/0000:00:03.0

| | |-- bind

| | |-- module → ../../../../module/pcnet32

| | |-- new_id

| | |-- uevent

| | `-- unbind

|-- drivers_autoprobe

|-- drivers_probe

|-- slots

`-- uevent

89 directories, 239 files

此外，pciutils（PCI工具）中的lspci工具会分析/proc/bus/pci中的文件，从而可被用户用于查看系统中PCI设备的描述信息，例如在本书配套虚拟机上运行lspci的结果为：

00:00.0 Host bridge: Intel Corporation 440FX - 82441FX PMC [Natoma] (rev 02)

00:01.0 ISA bridge: Intel Corporation 82371SB PIIX3 ISA [Natoma/Triton II]

00:01.1 IDE interface: Intel Corporation 82371AB/EB/MB PIIX4 IDE (rev 01)

00:02.0 VGA compatible controller: InnoTek Systemberatung GmbH VirtualBox Graphics

Adapter

00:03.0 Ethernet controller: Advanced Micro Devices [AMD] 79c970 [PCnet32 LANCE] (rev

00:04.0 System peripheral: InnoTek Systemberatung GmbH VirtualBox Guest Service

00:05.0 Multimedia audio controller: Intel Corporation 82801AA AC'97 Audio Controller

(rev 01)

00:06.0 USB Controller: Apple Computer Inc. KeyLargo/Intrepid USB

00:07.0 Bridge: Intel Corporation 82371AB/EB/MB PIIX4 ACPI (rev 08)

00:0b.0 USB Controller: Intel Corporation 82801FB/FBM/FR/FW/FRW (ICH6 Family) USB2 EHCI

Controller

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