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PCI總線與接口技術(shù)

作者：時(shí)間：2016-12-12 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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簡(jiǎn)單地探討PCI配置空間，PCI ROM，以及PCI BIOS的調(diào)用。

1、PCI總線的發(fā)展歷史

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201612/328784.htm

1990年，起源于Intel架構(gòu)開發(fā)實(shí)驗(yàn)室，全稱是Peripheral Component Interconnect，首先在服務(wù)器中使用，代替了原來(lái)的MCA以及EISA，EISA直到2000年才宣告退出歷史舞臺(tái)。直到1994年，才開始在PC上廣泛使用，代替了原來(lái)的VESA。在1995年的中期，蘋果電腦也開始使用PCI總線電氣規(guī)范。后來(lái)PCI也增加了許多新的功能，比如66MHz，3.3V標(biāo)準(zhǔn)，以及133MHz的PCI-X。2004年，出現(xiàn)了PCI-Express，原來(lái)的PCI總線電氣規(guī)范被稱為了傳統(tǒng)PCI（Conventional PCI）。

2、PCI總線地址空間

獨(dú)立的內(nèi)存以及IO接口，由軟件分配。而另外一個(gè)地址空間-PCI配置空間（PCI Configuration Space），使用獨(dú)立的地址，允許軟件決定每一個(gè)連入的設(shè)備需要多少內(nèi)存以及IO地址空間。通過設(shè)備配置空間寄存器的設(shè)置，每一個(gè)設(shè)備至多可以申請(qǐng)6個(gè)內(nèi)存以及IO地址空間。PCI配置空間還包括了連入設(shè)備的相關(guān)信息，根據(jù)這些信息，操作系統(tǒng)可以方便地使用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)來(lái)使用這些設(shè)備。為了使PCI總線公平地使用PCI總線，提供了一種等待計(jì)時(shí)的功能，計(jì)時(shí)器在設(shè)備獲得了總線使用權(quán)時(shí)以PCI時(shí)鐘信號(hào)的速率開始計(jì)時(shí)，直到減為零，設(shè)備釋放總線占有權(quán)。

3、關(guān)于PCI的中斷

四個(gè)中斷，屬于電平觸發(fā)方式（邊沿觸發(fā)方式的中斷容易丟失）。單功能設(shè)備只是使用INTA#，多功能設(shè)備使用多個(gè)中斷。四個(gè)中斷通過PCI橋（兩個(gè)PCI總線之間）映射到系統(tǒng)中斷上，所以軟件無(wú)從得知是那個(gè)PCI中斷。后來(lái)的PCI加入了消息信號(hào)中斷的機(jī)制，PCI-Express使用的也是消息信號(hào)中斷機(jī)制，而沒有物理中斷線。

4、PCI電氣規(guī)范

PCI卡的尺寸，長(zhǎng)度為174.63mm，高度為36.068~106.68mm。一下是一幅PCI個(gè)引腳定義的圖。

5、PCI設(shè)備的初始化

機(jī)器上電的時(shí)候，配置軟件必須掃描PCI總線，確定有哪些PCI設(shè)備，然后加載相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。所有PCI設(shè)備都必須實(shí)現(xiàn)PCI協(xié)議規(guī)定必須的配置寄存器。而對(duì)PCI配置訪問實(shí)際上就是訪問設(shè)備的配置寄存器。

6、PCI配置空間

配置空間各項(xiàng)數(shù)據(jù)說明：

廠商識(shí)別碼（Vendor ID）：標(biāo)識(shí)設(shè)備的制造者，有PCI SIG來(lái)分配。0FFFH表示未配置任何設(shè)備。

設(shè)備識(shí)別碼（Device ID）：標(biāo)識(shí)特定的設(shè)備，具體代碼由廠商分配。

版本ID，Revision ID：指定一個(gè)設(shè)備特有的版本號(hào)。

Class Code（分類代碼）：用于設(shè)備分類。0BH處為基本分類代碼；0A處為子分類代碼；09H處為標(biāo)識(shí)一個(gè)專用的寄存器級(jí)編程接口，便于設(shè)備的軟件可以與設(shè)備交互數(shù)據(jù)。

命令寄存器（Command）：為發(fā)出和響應(yīng)PCI總線命令提供了對(duì)設(shè)備粗略的控制。

狀態(tài)寄存器（Status）：用于記錄PCI總線有關(guān)操作的狀態(tài)信息，系統(tǒng)對(duì)該寄存器的讀操作無(wú)特殊要求。

基地址寄存器（Base Address Registers）：供地址映射使用，使PCI的IO映射以及內(nèi)存映射與具體設(shè)備無(wú)關(guān)。

擴(kuò)展ROM的基地址寄存器（Expansion ROM Base Address）：用來(lái)處理那些配置了局部EPROM或者Flash ROM的基地址和大小。Cache大小寄存器：用來(lái)指定系統(tǒng)中Cache行的長(zhǎng)度，每個(gè)參加Cache協(xié)議的設(shè)備都要使用該寄存器。

延時(shí)計(jì)時(shí)器：該寄存器以PCI總線時(shí)鐘為單位指定PCI總線主設(shè)備的延遲計(jì)時(shí)器。

內(nèi)含自測(cè)寄存器：可選的寄存器，用作內(nèi)含自測(cè)試的控制與狀態(tài)寄存器。

中斷引腳寄存器（Interrupt Pin）：用來(lái)表示設(shè)備使用了哪個(gè)PCI中斷引腳。

中斷線寄存器（Interrupt Line）：用來(lái)表示設(shè)備中的中斷引腳與系統(tǒng)可編程控制器8259的哪個(gè)中斷輸入線相連接。

MAX_GNT表示設(shè)備需要多長(zhǎng)的突發(fā)傳輸時(shí)間。MAX_LAT表示對(duì)PCI總線進(jìn)行訪問的頻繁程度。

Card CIS Pointer：由在卡總線和PCI之間共享芯片的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

子系統(tǒng)廠商標(biāo)識(shí)和子系統(tǒng)標(biāo)識(shí)（Subsystem Vendor ID）：用于惟一地標(biāo)識(shí)設(shè)備所駐留的插入卡和子系統(tǒng)。即插即用操作系統(tǒng)可以定位正確的驅(qū)動(dòng)程序，裝載到存儲(chǔ)器。

7、PCI擴(kuò)展ROM

通過執(zhí)行擴(kuò)展ROM存放的代碼來(lái)完成與設(shè)備相關(guān)的初始化，同時(shí)也可能完成系統(tǒng)引導(dǎo)功能。該機(jī)制允許擴(kuò)展ROM中含有幾個(gè)不同的映像，以適應(yīng)不同的機(jī)器和處理器結(jié)構(gòu)。

凡是支持?jǐn)U展ROM的設(shè)備，必須支持按任意字節(jié)組合方式對(duì)ROM進(jìn)行訪問，特別強(qiáng)調(diào)的是要支持雙字（DWORD）訪問。擴(kuò)展ROM中的信息安排要與現(xiàn)有的適合于ISA和EISA以及MC適配器的Intel X86擴(kuò)展ROM中的頭標(biāo)區(qū)兼容。頭標(biāo)區(qū)中所給信息經(jīng)過了擴(kuò)充，從而使適配器的功能進(jìn)一步優(yōu)化使用，從而可以使擴(kuò)展ROM中的代碼在運(yùn)行期間所使用的存儲(chǔ)空間最小。

PCI擴(kuò)展ROM中代碼從不在原地執(zhí)行，而是將代碼從ROM中拷貝到RAM中執(zhí)行。這樣可以在初始化和運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地確定代碼長(zhǎng)度，并且能夠改善代碼的執(zhí)行速度。

PCI對(duì)于不同的系統(tǒng)和處理器配置都應(yīng)該包含其編碼映像。每個(gè)映像由ROM首區(qū)（映像開始處）+數(shù)據(jù)配置區(qū)（映像的第64KB范圍內(nèi)）組成。

ROM首區(qū)內(nèi)容

偏移	長(zhǎng)度	值	說明
00H~01H	2	55AAH	ROM標(biāo)簽字節(jié)
02H~17H	22	XX	保留
18H~19H	2	XX	到PCI數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針

數(shù)據(jù)配置區(qū)

偏移量	長(zhǎng)度	說明	偏移量	長(zhǎng)度	說明
00H~03H	4	標(biāo)簽，字符串"PCID"	0DH~0FH	3	分類代碼
04H~05H	2	供應(yīng)商識(shí)別碼	10H~11H	2	映像長(zhǎng)度
06H~07H	2	設(shè)備識(shí)別碼	12H~13H	2	代碼數(shù)據(jù)的修改級(jí)別
08H~09H	2	對(duì)重要產(chǎn)品數(shù)據(jù)的指針	14H~14H	1	代碼類型
0AH~0BH	2	PCI數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度	15H~15H	1	指示標(biāo)志
0CH~0CH	1	PCI數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)修改	16H~17H	2	保留

8、關(guān)于PCI設(shè)備的初始化

系統(tǒng)POST首先檢查PCI設(shè)備在配置空間是否使用了擴(kuò)展ROM基地址寄存器（即是否有擴(kuò)展ROM），若使用了，POST將ROM映射到地址空間中一個(gè)未用的部分。

9、PCI BIOS

其主要作用有以下兩點(diǎn)：

為應(yīng)用軟件或者PCI總線設(shè)備或者板卡提供服務(wù)調(diào)用。
初始化每個(gè)系統(tǒng)PCI設(shè)備。PCI BIOS輪流查詢每個(gè)PCI插槽，查找存在的PCI設(shè)備，讀取存在設(shè)備配置空間的頭標(biāo)區(qū)，以決定設(shè)備的廠商號(hào)，類型和存儲(chǔ)需求等內(nèi)容。并且將分配的I/O或存儲(chǔ)空間地址回寫到每個(gè)設(shè)備配置空間的基地址寄存器中。
PCI BIOS調(diào)用的入口以及返回值說明，對(duì)80x86機(jī)器，調(diào)用功能號(hào)為1AH，入口參數(shù)在AX中，返回值在AH中。下面列舉的是比較常用的，更多說明請(qǐng)參考PCI BIOS規(guī)則說明書。

功能說明	入口參數(shù)（AX）	返回值說明	出口參數(shù)（AH）
PCI BIOS存在查詢	B101H	成功調(diào)用	00H
查找PCI 設(shè)備	B102H	不支持的功能	81H
查找PCI 設(shè)備的類代碼	B103H	錯(cuò)誤的廠商號(hào)	83H
產(chǎn)生特殊周期	B106H	未找到設(shè)備	86H
讀配置寄存器-單字節(jié)操作	B108H	錯(cuò)誤的寄存器號(hào)	87H
讀配置寄存器-單字操作	B109H	設(shè)置失敗	88H
讀配置寄存器-雙字操作	B10AH	緩沖區(qū)太小	89H
寫配置寄存器-單字操作	B10BH
寫配置寄存器-單字節(jié)操作	B10CH
寫配置寄存器-雙字節(jié)操作	B10DH
取得中斷線路選項(xiàng)	B10EH
設(shè)置PCI中斷	B10FH

下面是一個(gè)關(guān)于通過PCI BIOS調(diào)用讀PCI配置寄存器的例子：
1. .386
2. ;FUNCTIONCODE
3. PCI_FUNCTION_ID=0B1H
4. PCI_BIOS_PRESENT=01H
5. FIND_PCI_DEVICE=02H
6. FIND_PCI_CLASS_CODE=03H
7. GENERATE_SPECIAL_CYCLE=06H
8. READ_CONFIG_BYTE=08H
9. READ_CONFIG_WORD=09H
10. READ_CONFIG_DWORD=0AH
11. WRITE_CONFIG_BYTE=0BH
12. WRITE_CONFIG_WORD=0CH
13. WRITE_CONFIG_DWORD=0DH
14. GET_IRQ_ROUTING_OPTIONS=0EH
15. SET_PCI_IRQ=0FH
16. ;RETURNCODE
17. SUCCESSFUL=00H
18. FUNC_NOT_SUPPORTED=81H
19. BAD_VENDOR_ID=83H
20. DEVICE_NOT_FOUND=86H
21. BAD_REGISTER_NUMBER=87H
22. SET_FAILED=88H
23. BUFFER_TOO_SMALL=89H
25. VID=0H
26. DID=2H
27. PCICMD=4H
28. PCISTS=6H
29. RID=8H
30. CLCD=9H
31. CALN=0CH
32. LAT=0DH
33. HDR=0EH
34. BIST=0FH
35. BADR0=10H
36. BADR1=14H
37. BADR2=18H
38. BADR3=1CH
39. BADR4=20H
40. BADR5=24H
41. EXPOM=30H
42. INTLN=3CH
43. INTPIN=3DH
44. MINGNT=3EH
45. MAXLAT=3FH
48. SSTACKSEGMENTSTACKPARAUSE16
49. DW64DUP(?)
50. SSTACKENDS
52. DATASEGMENTPARAUSE16
53. MESDBPCICARDNOTFOUND!$
54. MES0DB***********************PCICONFIGINFO*****************************,13,10,$
55. MES1DBPCIBIOSNOTFOUND!,10,13,$
56. MES2DBPCICONFIGREADERROR!$
57. MES3DBVendorIdentification:10E8$
58. MES4DBDeviceIdentification:5933$
59. MES5DBPCICommandRegister:$
60. MES6DBPCIStatusRegister:$
61. MES7DBRevisionIdentificationRegister:$
62. MES8DBClassCodeRegister:$
63. MES9DBCacheLineSizeRegister:$
64. MES10DBMasterLatencyTimer:$
65. MES11DBHeaderType:$
66. MES12DBBuilt-inSelf-test:$
67. MES13DBBaseAddressRegister0:$
68. MES14DBBaseAddressRegister1:$
69. MES15DBBaseAddressRegister2:$
70. MES16DBBaseAddressRegister3:$
71. MES17DBBaseAddressRegister4:$
72. MES18DBBaseAddressRegister5:$
73. MES19DBExpansionRomBaseAddress:$
74. MES20DBInterruptLine:$
75. MES21DBInterruptPin:$
76. MES22DBMinimumGrant:$
77. MES23DBMaximumLatency:$
79. BNDB?
80. DN_FNDB?
81. R_VALUEDD?
82. V_VIDDW?
83. V_DIDDW?
84. V_PCICMDDW?
85. V_PCISTSDW?
86. V_RIDDB?
87. V_CLCDDD?
88. V_CALNDB?
89. V_LATDB?
90. V_HDRDB?
91. V_BISTDB?
92. V_BADR0DD?
93. V_BADR1DD?
94. V_BADR2DD?
95. V_BADR3DD?
96. V_BADR4DD?
97. V_BADR5DD?
98. V_EXPOMDD?
99. V_INTLNDB?
100. V_INTPINDB?
101. V_MINGNTDB?
102. V_MAXLATDB?
103. DATAENDS
105. CODESEGMENTPARAUSE16
106. ASSUMECS:CODE,DS:DATA,SS:SSTACK
108. START:MOVAX,DATA
109. MOVDS,AX
111. MOVAX,0B101H;查找PCIBIOS
112. INT1AH
114. JNCJUDGE1;如果CF被置位,則PCIBIOS不存在
115. MOVDX,OFFSETMES1;顯示不存在信息
116. MOVAH,09H
117. INT21H
118. JMPEXIT
120. JUDGE1:CMPAH,00H
121. JZJUDGE2;如果不等,則PCIBIOS不存在
122. MOVDX,OFFSETMES1;顯示不存在信息
123. MOVAH,09H
124. INT21H
125. JMPEXIT
127. JUDGE2:CMPEDX,ICP;如果EDX中放的是"PCI"則說明PCIBIOS存在
128. JZFIND
129. MOVDX,OFFSETMES1;否則錯(cuò)誤的設(shè)備
130. MOVAH,09H
131. INT21H
132. JMPEXIT
134. FIND:MOVAX,0B102H;找到了PCIBIOS,再查找指定PCI設(shè)備
135. MOVCX,5933H;板卡的設(shè)備的ID
136. MOVDX,10E8H;板卡的供應(yīng)商ID
137. MOVSI,0;索引
138. INT1AH
139. JNCREAD
141. MOVDX,OFFSETMES
142. MOVAH,09H
143. INT21H
144. JMPEXIT
146. READ:MOVBN,BH;保存總線號(hào)
147. MOVDN_FN,BL;保存設(shè)備號(hào)
149. CALLKENTER;回車換行
150. MOVDX,OFFSETMES0
151. MOVAH,09H
152. INT21H
154. CALLKENTER;回車換行
155. MOVDX,OFFSETMES3;輸出供應(yīng)廠商ID
156. MOVAH,09H
157. INT21H
159. CALLKENTER
160. MOVDX,OFFSETMES4;輸出設(shè)備的ID
161. MOVAH,09H
162. INT21H
164. CALLKENTER
165. MOVAX,0B109H;讀命令寄存器，單字操作
166. MOVBH,BN
167. MOVBL,DN_FN
168. MOVDI,PCICMD
169. INT1AH
170. JCERROR
171. MOVDX,OFFSETMES5;顯示PCI命令寄存器內(nèi)容
172. MOVAH,09H
173. INT21H
174. MOVAX,02H
175. CALLSHOW
177. CALLKENTER
178. MOVAX,0B109H;讀PCI狀態(tài)寄存器內(nèi)容，單字操作
179. MOVBH,BN
180. MOVBL,DN_FN
181. MOVDI,PCISTS
182. INT1AH
183. JCERROR
184. MOVDX,OFFSETMES6;顯示狀態(tài)寄存器內(nèi)容
185. MOVAH,09H
186. INT21H
187. MOVAX,02H
188. CALLSHOW
190. CALLKENTER
191. MOVAX,0B108H;版本號(hào)，單字節(jié)操作
192. MOVBH,BN
193. MOVBL,DN_FN
194. MOVDI,RID
195. INT1AH
196. JCERROR
197. MOVDX,OFFSETMES7;顯示版本號(hào)
198. MOVAH,09H
199. INT21H
200. MOVAX,01H
201. CALLSHOW
203. CALLKENTER
204. MOVAX,0B108H;讀中斷引腳信號(hào)，單字節(jié)操作
205. MOVBH,BN
206. MOVBL,DN_FN
207. MOVDI,INTLN
208. INT1AH
209. JCERROR
210. MOVDX,OFFSETMES20;顯示中斷引腳
211. MOVAH,09H
212. INT21H
213. MOVAX,01H
214. CALLSHOW
216. CALLKENTER
217. MOVAX,0B10AH;讀配置寄存器，雙字操作
218. MOVBH,BN;PCI設(shè)備的總線號(hào)
219. MOVBL,DN_FN;設(shè)備以及功能號(hào)，入口參數(shù)
220. MOVDI,BADR0
221. INT1AH
222. JCERROR
223. MOVDX,OFFSETMES13;基址寄存器0
224. MOVAH,09H
225. INT21H
226. MOVAX,04H
227. CALLSHOW
229. CALLKENTER
230. MOVAX,0B10AH;讀配置寄存器，雙字操作
231. MOVBH,BN;PCI設(shè)備的總線號(hào)
232. MOVBL,DN_FN;設(shè)備及功能號(hào)，入口參數(shù)
233. MOVDI,BADR1
234. INT1AH
235. JCERROR
236. PUSHECX
237. MOVDX,OFFSETMES14;基址寄存器1
238. MOVAH,09H
239. INT21H
240. MOVAX,04H
241. POPECX
242. CALLSHOW
244. CALLKENTER
245. MOVAX,0B10AH;讀配置寄存器，雙字操作
246. MOVBH,BN;PCI設(shè)備的總線號(hào)
247. MOVBL,DN_FN;設(shè)備及功能號(hào)，入口參數(shù)
248. MOVDI,BADR2
249. INT1AH
250. JCERROR
251. MOVDX,OFFSETMES15;基地址寄存器2
252. MOVAH,09H
253. INT21H
254. MOVAX,04H
255. CALLSHOW
257. CALLKENTER
258. MOVAX,0B10AH;讀配置寄存器，雙字操作
259. MOVBH,BN;PCI設(shè)備的總線號(hào)
260. MOVBL,DN_FN;設(shè)備及功能號(hào)，入口參數(shù)
261. MOVDI,BADR3
262. INT1AH
263. JCERROR
264. MOVDX,OFFSETMES16;基地址寄存器3
265. MOVAH,09H
266. INT21H
267. MOVAX,04H
268. CALLSHOW
270. CALLKENTER
271. MOVAX,0B10AH;讀配置寄存器，雙字操作
272. MOVBH,BN;PCI設(shè)備的總線號(hào)
273. MOVBL,DN_FN;設(shè)備及功能號(hào)，入口參數(shù)
274. MOVDI,BADR4
275. INT1AH
276. JCERROR
277. MOVDX,OFFSETMES17;基地址寄存器4
278. MOVAH,09H
279. INT21H
280. MOVAX,04H
281. CALLSHOW
283. JMPEXIT
284. ERROR:CALLKENTER
285. MOVDX,OFFSETMES2;顯示讀錯(cuò)誤信息
286. MOVAH,09H
287. INT21H
288. EXIT:MOVAH,4CH;返回DOS
289. INT21H
291. KENTERPROC
292. MOVDL,0AH
293. MOVAH,02H
294. INT21H
295. MOVDL,0DH
296. MOVAH,02H
297. INT21H
298. RET
299. KENTERENDP
301. SHOWPROCNEAR;顯示子程序
302. PUSHDX
303. PUSHDI
304. PUSHBX
305. MOVDI,OFFSETR_VALUE
306. MOV[DI],ECX;保存獲取的數(shù)據(jù)
307. ADDDI,AX
308. DECDI
309. MOVCX,AX
310. C1:MOVAL,[DI]
311. PUSHAX
312. SHRAL,4
313. ANDAL,0FH;取高4位
314. CMPAL,0AH;是否是A以上的數(shù)
315. JBC2
316. ADDAL,07H
317. C2:ADDAL,30H
318. MOVBH,AL
319. POPAX
320. ANDAL,0FH;取低4位
321. CMPAL,0AH
322. JBC3
323. ADDAL,07H
324. C3:ADDAL,30H
325. MOVBL,AL
327. MOVAH,2;顯示十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的ACSII碼
328. MOVDL,BH
329. INT21H
330. MOVDL,BL
331. INT21H
332. DECDI
333. LOOPC1
334. POPBX
335. POPDI
336. POPDX
337. RET
338. SHOWENDP
339. CODEENDS
340. ENDSTART

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