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PCI總線的配置

作者：時(shí)間：2016-12-14 來源：網(wǎng)絡(luò)

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2 PCI設(shè)備31

HOST處理器對(duì)PCI設(shè)備31進(jìn)行配置讀寫時(shí)，需要通過HOST主橋、PCI橋1、2和3，最終到達(dá)PCI設(shè)備31。
當(dāng)處理器訪問PCI設(shè)備31時(shí)，首先將CONFIG_ADDRESS寄存器的Enable位置1，Bus Number字段置為3，并對(duì)Device、Function和Register Number字段賦值。之后當(dāng)處理器對(duì)CONFIG_DATA寄存器進(jìn)行讀寫訪問時(shí)，HOST主橋、PCI橋1、2和3將按照以下步驟進(jìn)行處理，最后PCI設(shè)備31將接收這個(gè)配置請(qǐng)求。
(1) HOST主橋發(fā)現(xiàn)Bus Number字段的值為3，該總線號(hào)并不是與HOST主橋直接相連的PCI總線的Bus Number，所以HOST主橋?qū)⑻幚砥鲗?duì)CONFIG_DATA寄存器的讀寫訪問直接轉(zhuǎn)換為Type 01h配置請(qǐng)求，并將這個(gè)配置請(qǐng)求發(fā)送到PCI總線0上。PCI總線規(guī)定Type 01h配置請(qǐng)求只能由PCI橋負(fù)責(zé)處理。
(2) 在PCI總線0上，PCI橋1的Secondary Bus Number為1而Subordinate Bus Number為3。而1< Bus Number <= 3，所以PCI橋1將接收來自PCI總線0的Type 01h配置請(qǐng)求，并將這個(gè)配置請(qǐng)求直接下推到PCI總線1。
(3) 在PCI總線1上，PCI橋2的Secondary Bus Number為2而Subordinate Bus Number為3。而1< Bus Number <= 3，所以PCI橋2將接收來自PCI總線0的Type 01h配置請(qǐng)求，并將這個(gè)配置請(qǐng)求直接下推到PCI總線2。
(4) 在PCI總線2上，PCI橋3的Secondary Bus Number為3，因此PCI橋3將“來自PCI總線2的Type 01h配置請(qǐng)求”轉(zhuǎn)換為Type 00h配置請(qǐng)求，并將其下推到PCI總線3。PCI總線規(guī)定，如果PCI橋的Secondary Bus Number與Type 01h配置請(qǐng)求中包含的Bus Number相同時(shí)，該P(yáng)CI橋?qū)⒔邮盏腡ype 01h配置請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為Type 00h配置請(qǐng)求，然后再發(fā)向其Secondary Bus。
(5) 在PCI總線3上，有兩個(gè)設(shè)備PCI設(shè)備31和PCI設(shè)備32。在這兩個(gè)設(shè)備中，必然有一個(gè)設(shè)備將要響應(yīng)這個(gè)Type 00h配置請(qǐng)求，從而完成整個(gè)配置請(qǐng)求周期。本篇在第2.4.1節(jié)中，討論了究竟是PCI設(shè)備31還是PCI設(shè)備32接收這個(gè)配置請(qǐng)求，這個(gè)問題涉及PCI總線如何分配PCI設(shè)備使用的設(shè)備號(hào)。

2.4.3 PCI總線樹Bus號(hào)的初始化

在一個(gè)處理器系統(tǒng)中，每一個(gè)HOST主橋都推出一顆PCI總線樹。在一顆PCI總線樹中有多少個(gè)PCI橋(包括HOST主橋)，就含有多少條PCI總線。系統(tǒng)軟件在遍歷當(dāng)前PCI總線樹時(shí)，需要首先對(duì)這些PCI總線進(jìn)行編號(hào)，即初始化PCI橋的Primary、Secondary和Subordinate Bus Number寄存器。
在一個(gè)處理器系統(tǒng)中，一般將與HOST主橋直接相連的PCI總線被命名為PCI總線0。然后系統(tǒng)軟件使用DFS(Depth First Search)算法，依次對(duì)其他PCI總線進(jìn)行編號(hào)。值得注意的是，與HOST主橋直接相連的PCI總線，其編號(hào)都為0，因此當(dāng)處理器系統(tǒng)中存在多個(gè)HOST主橋時(shí)，將有多個(gè)編號(hào)為0的PCI總線，但是這些編號(hào)為0的PCI總線分屬不同的PCI總線域，其含義并不相同。
在一個(gè)處理器系統(tǒng)中，PCI總線樹的結(jié)構(gòu)如圖2?13所示。當(dāng)然在一個(gè)實(shí)際的處理器系統(tǒng)中，很少會(huì)出現(xiàn)這樣復(fù)雜的PCI總線樹結(jié)構(gòu)，本節(jié)采用這個(gè)結(jié)構(gòu)的目的是便于說明PCI總線號(hào)的分配過程。

在PCI總線中，系統(tǒng)軟件使用深度優(yōu)先DFS算法對(duì)PCI總線樹進(jìn)行遍歷，DFS算法和廣度優(yōu)先BFS(Breadth First Search)算法是遍歷樹型結(jié)構(gòu)的常用算法。與BFS算法相比，DFS算法的空間復(fù)雜度較低，因此絕大多數(shù)系統(tǒng)系統(tǒng)在遍歷PCI總線樹時(shí)，都使用DFS算法而不是BFS算法。
DFS是搜索算法的一種，其實(shí)現(xiàn)機(jī)制是沿著一顆樹的深度遍歷各個(gè)節(jié)點(diǎn)，并盡可能深地搜索樹的分支，DFS的算法為線性時(shí)間復(fù)雜度，適合對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)未知的樹進(jìn)行遍歷。在一個(gè)處理器系統(tǒng)的初始化階段，PCI總線樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是未知的，適合使用DFS算法進(jìn)行遍歷。下文以圖2?13為例，說明系統(tǒng)軟件如何使用DFS算法，分配PCI總線號(hào)，并初始化PCI橋中的Primary Bus Number、Secondary Bus Number和Subordinate Bus number寄存器。所謂DFS算法是指按照深度優(yōu)先的原則遍歷PCI胖樹，其步驟如下。
(1) HOST主橋掃描PCI總線0上的設(shè)備。系統(tǒng)軟件首先忽略所有這條總線上的PCI Agent設(shè)備，因?yàn)樵谶@些設(shè)備之下不會(huì)掛接新的PCI總線。例如PCI設(shè)備01下不可能掛接新的PCI總線。
(2) HOST主橋首先發(fā)現(xiàn)PCI橋1，并將PCI橋1的Secondary Bus命名為PCI總線1。系統(tǒng)軟件將初始化PCI橋1的配置空間，將PCI橋1的Primary Bus Number寄存器賦值為0，而將Secondary Bus Number寄存器賦值為1，即PCI橋1的上游PCI總線號(hào)為0，而下游PCI總線號(hào)為1。
(3) 掃描PCI總線1，發(fā)現(xiàn)PCI橋2，并將PCI橋2的Secondary Bus命名為PCI總線2。系統(tǒng)軟件將初始化PCI橋2的配置空間，將PCI橋2的Primary Bus Number寄存器賦值為1，而將Secondary Bus Number寄存器賦值為2。
(4) 掃描PCI總線2，發(fā)現(xiàn)PCI橋3，并將PCI橋3的Secondary Bus命名為PCI總線3。系統(tǒng)軟件將初始化PCI橋3的配置空間，將PCI橋3的Primary Bus Number寄存器賦值為2，而將Secondary Bus Number寄存器賦值為3。
(5) 掃描PCI總線3，沒有發(fā)現(xiàn)任何PCI橋，這表示PCI總線3下不可能有新的總線，此時(shí)系統(tǒng)軟件將PCI橋3的Subordinate Bus number寄存器賦值為3。系統(tǒng)軟件在完成PCI總線3的掃描后，將回退到PCI總線3的上一級(jí)總線，即PCI總線2，繼續(xù)進(jìn)行掃描。
(6) 在重新掃描PCI總線2時(shí)，系統(tǒng)軟件發(fā)現(xiàn)PCI總線2上除了PCI橋3之外沒有發(fā)現(xiàn)新的PCI橋，而PCI橋3之下的所有設(shè)備已經(jīng)完成了掃描過程，此時(shí)系統(tǒng)軟件將PCI橋2的Subordinate Bus number寄存器賦值為3。繼續(xù)回退到PCI總線1。
(7) PCI總線1上除了PCI橋2外，沒有其他橋片，于是繼續(xù)回退到PCI總線0，并將PCI橋1的Subordinate Bus number寄存器賦值為3。
(8) 在PCI總線0上，系統(tǒng)軟件掃描到PCI橋4，則首先將PCI橋4的Primary Bus Number寄存器賦值為0，而將Secondary Bus Number寄存器賦值為4，即PCI橋1的上游PCI總線號(hào)為0，而下游PCI總線號(hào)為4。
(9) 系統(tǒng)軟件發(fā)現(xiàn)PCI總線4上沒有任何PCI橋，將結(jié)束對(duì)PCI總線4的掃描，并將PCI橋4的Subordinate Bus number寄存器賦值為4，之后回退到PCI總線4的上游總線，即PCI總線0繼續(xù)進(jìn)行掃描。
(10) 系統(tǒng)軟件發(fā)現(xiàn)在PCI總線0上的兩個(gè)橋片PCI總線0和PCI總線4都已完成掃描后，將結(jié)束對(duì)PCI總線的DFS遍歷全過程。
從以上算法可以看出，PCI橋的Primary Bus和Secondary Bus號(hào)的分配在遍歷PCI總線樹的過程中從上向下分配，而Subordinate Bus號(hào)是從下向上分配的，因?yàn)橹挥写_定了一個(gè)PCI橋之下究竟有多少條PCI總線后，才能初始化該P(yáng)CI橋的Subordinate Bus號(hào)。

2.4.4 PCI總線Device號(hào)的分配

一條PCI總線會(huì)掛接各種各樣的PCI設(shè)備，而每一個(gè)PCI設(shè)備在PCI總線下具有唯一的設(shè)備號(hào)。系統(tǒng)軟件通過總線號(hào)和設(shè)備號(hào)定位一個(gè)PCI設(shè)備之后，才能訪問這個(gè)PCI設(shè)備的配置寄存器。值得注意的是，系統(tǒng)軟件使用“地址尋址方式”訪問PCI設(shè)備的存儲(chǔ)器和I/O地址空間，這與訪問配置空間使用的“ID尋址方式”不同。
PCI設(shè)備的IDSEL信號(hào)與PCI總線的AD[31:0]信號(hào)的連接關(guān)系決定了該設(shè)備在這條PCI總線的設(shè)備號(hào)。如上文所述，每一個(gè)PCI設(shè)備都使用獨(dú)立的IDSEL信號(hào)，該信號(hào)將與PCI總線的AD[31:0]信號(hào)連接，IDSEL信號(hào)的含義見第1.2.2節(jié)。
在此我們簡(jiǎn)要回顧PCI的配置讀寫事務(wù)使用的時(shí)序。如圖1?3所示，PCI總線事務(wù)由一個(gè)地址周期加若干個(gè)數(shù)據(jù)周期組成。在進(jìn)行配置讀寫請(qǐng)求總線事務(wù)時(shí)，C/BE#信號(hào)線的值在地址周期中為0x1010或者為0x1011，表示當(dāng)前總線事務(wù)為配置讀或者配置寫請(qǐng)求。此時(shí)出現(xiàn)在AD[31:0]總線上的值并不是目標(biāo)設(shè)備的PCI總線地址，而是目標(biāo)設(shè)備的ID號(hào)，這與PCI總線進(jìn)行I/O或者存儲(chǔ)器請(qǐng)求時(shí)不同，因?yàn)镻CI總線使用ID號(hào)而不是PCI總線地址對(duì)配置空間進(jìn)行訪問。
如圖2?12所示，在配置讀寫總線事務(wù)的地址周期中，AD[10:0]信號(hào)已經(jīng)被Function Number和Register Number使用，因此PCI設(shè)備的IDSEL只能與AD[31:11]信號(hào)連接。
認(rèn)真的讀者一定可以發(fā)現(xiàn)在CONFIG_ADDRESS寄存器中Device Number字段一共有5位可以表示32個(gè)設(shè)備，而AD[31:11]只有21位，顯然在這兩者之間無法建立一一對(duì)應(yīng)的映射關(guān)系。因此在一條PCI總線上如果有21個(gè)以上的PCI設(shè)備，那么總是有幾個(gè)設(shè)備無法與AD[31:11]信號(hào)線連接，從而PCI總線無法訪問這些設(shè)備。因?yàn)镻CI總線在配置請(qǐng)求的地址周期中，只能使用第31~11這些AD信號(hào)，所以在一條總線上最多也只能掛接21個(gè)PCI設(shè)備。這21個(gè)設(shè)備可能是從0到20，也可能是從11到31排列。從而系統(tǒng)軟件在遍歷PCI總線時(shí)，還是需要從0到31遍歷整條PCI總線。
在實(shí)際的應(yīng)用中，一條PCI總線能夠掛接21個(gè)設(shè)備已經(jīng)足夠了，實(shí)際上由于PCI總線的負(fù)載能力有限，即便總線頻率為33MHz的情況下，在一條PCI總線中最多也只能掛接10個(gè)負(fù)載，一條PCI總線所能掛接的負(fù)載詳見表1?1。AD信號(hào)線與PCI設(shè)備IDSEL線的連接關(guān)系如圖2?14所示。

PCI總線推薦了一種Device Number字段與AD[31:16]之間的映射關(guān)系。其中PCI設(shè)備0與Device Number字段的0b00000對(duì)應(yīng)；PCI設(shè)備1與Device Number字段的0b00001對(duì)應(yīng)，并以此類推，PCI設(shè)備15與Device Number字段的0b01111對(duì)應(yīng)。
在這種映射關(guān)系之下，一條PCI總線中，與信號(hào)線AD16相連的PCI設(shè)備其設(shè)備號(hào)為0；與信號(hào)線AD17相連的PCI設(shè)備其設(shè)備號(hào)為1；以此類推，與信號(hào)線AD31相連的PCI設(shè)備其設(shè)備號(hào)為15。在Type 00h配置請(qǐng)求中，設(shè)備號(hào)并沒有像Function Number和Register Number那樣以編碼的形式出現(xiàn)在AD總線上，而是與AD信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，如圖2?12所示。
這里有一個(gè)原則需要讀者注意，就是對(duì)PCI設(shè)備的配置寄存器進(jìn)行訪問時(shí)，一定要有確定的Bus Number、Device Number、Function Number和Register Number，這“四元組”缺一不可。在Type 00h配置請(qǐng)求中，Device Number由AD[31:11]信號(hào)線與PCI設(shè)備IDSEL信號(hào)的連接關(guān)系確定；Function Number保存在AD[10:8]字段中；而Register Number保存在AD[7:0]字段中；在Type 01h配置請(qǐng)求中，也有完整的四元組信息。

[1] 此時(shí)PCI橋作為一個(gè)PCI設(shè)備，接收訪問其配置空間的讀寫請(qǐng)求。

[2] 最終Type 01h配置請(qǐng)求將會(huì)被轉(zhuǎn)換為Type 00h配置請(qǐng)求，然后訪問PCI Agent設(shè)備。

[3] Type 01h配置頭信息存在于PCI總線事務(wù)的地址周期中。

[4] PCI橋根據(jù)Subordinate Bus Number和Secondary Bus Number寄存器，決定是否接收當(dāng)前配置請(qǐng)求

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