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分类: LINUX

2016-05-13 10:57:19

原文地址:PCIE 设备扫描的过程 作者:lemon小不

转自http://blog.163.com/huang_bp/blog/static/1231198372012724103437743/
 初步了解完PCI总线标准之后,我们接下来正式开始PCIe设备的漫游之旅。从我们按下PC的电源按钮开始,BIOS就接管系统控制权开始工作,它会先进行一些内存和设备的初始化工作(当然,也包括我们的PCI设备),由于商业上的原因,Phoenix等厂商的BIOS代码需要授权协议,在此,我们以另外一个款开源BIOS(openbios)为例,来剖析BIOS中,我们的PCIe设备是如何被找到以及初始化的。





PCI设备的扫描是基于深度优先搜索算法(DFS:Depth First Search),也就是说,下级分支最多的PCI桥将最先完成其子设备的扫描。下面我们以图片来具体说明,BIOS是如何一步步完成PCI 设备扫描的。


第一步:

PCI Host 主桥扫描Bus 0上的设备(在一个处理器系统中,一般将与HOST主桥直接相连的PCI总线被命名为PCI Bus 0),系统首先会忽略Bus 0上的D1,D2等不会挂接PCI桥的设备,主桥发现Bridge 1后,将Bridge1 下面的PCI Bus定为 Bus 1,系统将初始化Bridge 1的配置空间,并将该桥的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分别设置成0和1,以表明Bridge1 的上游总线是0,下游总线是1,由于还无法确定Bridge1下挂载设备的具体情况,系统先暂时将Subordinate Bus Number设为0xFF。如下图所示:


第二步:

系统开始扫描Bus 1,将会发现Bridge 2。系统将Bridge 2下面的PCI Bus定为Bus 2,并将该桥的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分别设置成1和2,和上一步一样暂时把Bridge 2 的Subordinate Bus Number设为0xFF。如下图所示:


第三步:

系统继续扫描Bus 2,将会发现Bridge 4。系统将Bridge 4下面的PCI Bus定为Bus 3,并将该桥的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分别设置成2和3,此后

系统继续扫描后发现Bus 3 下面已经没有任何Bridge了,意味着该PCI总线下已经没有任何挂载下游总线了,因此Bridge 4的Subordinate Bus Number的值已经可以确定为3了。

如下图所示:


第四步:

完成Bus 3的扫描后,系统返回到Bus 2继续扫描,发现Bus 2下面已经没有其他Bridge了。此时Bridge 2的Subordinate Bus Number的值也已经可以确定为3了。如下图所示:


第五步:

完成Bus 2的扫描后,系统返回到Bus1继续扫描,会发现Bridge 3,系统将Bridge 3下面的PCI Bus定为Bus 4。并将Bridge 4的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分别设置成1和4,此后系统继续扫描后发现Bus 4 下面已经没有任何Bridge了,意味着该PCI总线下已经没有挂载任何下游总线了,因此Bridge 3 的Subordinate Bus Number的值已经可以确定为4了。如下图所示:


第六步:

完成Bus 4的扫描后,系统返回到Bus 1继续扫描, 发现Bus 1下面已经没有其他Bridge了。此时Bridge 1的Subordinate Bus Number的值已经可以确定为4,系统返回Bus 0继续扫描(Bus 0下如果有其他它Bridge,将重复上述的步骤进行扫描)。至此,本例中的整个PCI的设备扫描已经完成了。最终的设备和总线的扫描结果如下图所示。


了解了上面PCI设备扫描的大概流程,我们接下来看看Bios代码中具体是如何实现这些扫描的。

一般来说,我们可以通过两个寄存器来访问PCI的配置空间(寄存器CONFIG_ADDRESS与CONFIG_DATA),在x86体系下,这两个寄存器分别对应0xCF8和0xCFC端口,对配置空间的访问都是通过对这两个寄存器的读写来实现先。CONFIG_ADDRESS寄存器的具体位组成如下图所示:


Bus Number : 总线号(8 bit),范围0--255。

Device Number: 设备号(5 bit),范围0--31。

Function Number: 功能号(3 bit),范围0--7。

Register Number: 寄存器号(6 bit),范围0--63 (配置空间一共256个字节,分割成64个4字节的寄存器,从0--63编号)。

每个PCI设备可根据上图所示的四个信息:Bus Number, Device Number, Function Number,Register Number 来进行具体设备的定位并对其配置空间访问。当我们要访问PCI设备的配置空间时,先根据以上格式设置CONFIG_ADDRESS寄存器,然后再读取CONFIG_DATA寄存器即可得到相应的配置空间寄存器的值。

因此,BIOS中PCI配置空间的读写可以封装成下面的函数:

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