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PCI總線與接口技術(shù)

作者： 時間：2016-12-12 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
簡單地探討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://butianyuan.cn/article/201612/328784.htm

1990年，起源于Intel架構(gòu)開發(fā)實驗室，全稱是Peripheral Component Interconnect，首先在服務(wù)器中使用，代替了原來的MCA以及EISA，EISA直到2000年才宣告退出歷史舞臺。直到1994年，才開始在PC上廣泛使用，代替了原來的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

獨立的內(nèi)存以及IO接口，由軟件分配。而另外一個地址空間-PCI配置空間（PCI Configuration Space），使用獨立的地址，允許軟件決定每一個連入的設(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，每一個設(shè)備至多可以申請6個內(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)動來使用這些設(shè)備。為了使PCI總線公平地使用PCI總線，提供了一種等待計時的功能，計時器在設(shè)備獲得了總線使用權(quán)時以PCI時鐘信號的速率開始計時，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)備使用多個中斷。四個中斷通過PCI橋（兩個PCI總線之間）映射到系統(tǒng)中斷上，所以軟件無從得知是那個PCI中斷。后來的PCI加入了消息信號中斷的機(jī)制，PCI-Express使用的也是消息信號中斷機(jī)制，而沒有物理中斷線。

4、PCI電氣規(guī)范

PCI卡的尺寸，長度為174.63mm，高度為36.068~106.68mm。一下是一幅PCI個引腳定義的圖。

5、PCI設(shè)備的初始化

機(jī)器上電的時候，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)動程序。所有PCI設(shè)備都必須實現(xiàn)PCI協(xié)議規(guī)定必須的配置寄存器。而對PCI配置訪問實際上就是訪問設(shè)備的配置寄存器。

6、PCI配置空間

配置空間各項數(shù)據(jù)說明：

廠商識別碼（Vendor ID）：標(biāo)識設(shè)備的制造者，有PCI SIG來分配。0FFFH表示未配置任何設(shè)備。

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

版本ID，Revision ID：指定一個設(shè)備特有的版本號。

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)識一個專用的寄存器級編程接口，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)對該寄存器的讀操作無特殊要求。

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)備無關(guān)。

擴(kuò)展ROM的基地址寄存器（Expansion ROM Base Address）：用來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：用來指定系統(tǒng)中Cache行的長度，每個參加Cache協(xié)議的設(shè)備都要使用該寄存器。

延時計時器：該寄存器以PCI總線時鐘為單位指定PCI總線主設(shè)備的延遲計時器。

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

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

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

MAX_GNT表示設(shè)備需要多長的突發(fā)傳輸時間。MAX_LAT表示對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)備實現(xiàn)。

子系統(tǒng)廠商標(biāo)識和子系統(tǒng)標(biāo)識（Subsystem Vendor ID）：用于惟一地標(biāo)識設(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)動程序，裝載到存儲器。

7、PCI擴(kuò)展ROM

通過執(zhí)行擴(kuò)展ROM存放的代碼來完成與設(shè)備相關(guān)的初始化，同時也可能完成系統(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ROM進(jìn)行訪問，特別強調(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中的代碼在運行期間所使用的存儲空間最小。

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行時動態(tài)地確定代碼長度，并且能夠改善代碼的執(zhí)行速度。

PCI對于不同的系統(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

長度

說明

偏移量

長度

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)商識別碼

10H~11H

2

映像長度

06H~07H

2

設(shè)備識別碼

12H~13H

2

代碼數(shù)據(jù)的修改級別

08H~09H

2

對重要產(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未用的部分。

9、PCI BIOS

其主要作用有以下兩點：

  • 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。
  • 初始化每個系統(tǒng)PCI設(shè)備。PCI BIOS輪流查詢每個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，類型和存儲需求等內(nèi)容。并且將分配的I/O或存儲空間地址回寫到每個設(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80x86機(jī)器，調(diào)用功能號為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

錯誤的廠商號

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

錯誤的寄存器號

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

B10EH

設(shè)置PCI中斷

B10FH

  • 下面是一個關(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
    147. MOVDN_FN,BL;保存設(shè)備號
    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，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
    198. MOVAH,09H
    199. INT21H
    200. MOVAX,01H
    201. CALLSHOW
    203. CALLKENTER
    204. MOVAX,0B108H;讀中斷引腳信號，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
    219. MOVBL,DN_FN;設(shè)備以及功能號，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
    232. MOVBL,DN_FN;設(shè)備及功能號，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
    247. MOVBL,DN_FN;設(shè)備及功能號，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
    260. MOVBL,DN_FN;設(shè)備及功能號，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
    273. MOVBL,DN_FN;設(shè)備及功能號，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



關(guān)鍵詞： PCI總線接口技

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