怎样訪问pcie整个4k的配置空间

Posted 2020-09-20 blfbuaa

眼下用于訪问PCIe配置空间寄存器的方法须要追溯到原始的PCI规范。

为了发起PCI总线配置周期，Intel实现的PCI规范使用IO空间的CF8h和CFCh来分别作为索引和数据寄存器，这样的方法能够訪问全部PCI设备的255 bytes配置寄存器。Intel Chipsets眼下仍然支持这样的訪问PCI配置空间的方法。

    PCIe规范在PCI规范的基础上，将配置空间扩展到4K bytes，至于为什么扩展到4K，详细能够參考PCIe规范，这些功能都须要配置空间。原来的CF8/CFC方法仍然能够訪问全部PCIe设备配置空间的头255 bytes，可是该方法訪问不了剩下的（4K-255）配置空间。

怎么办呢？Intel提供了第二种PCIe配置空间訪问方法。Intel Chipset通过将配置空间映射到内存地址空间。PCIe配置空间能够像对映射范围内的内存进行read/write一样来訪问了。

这样的映射是由北桥芯片来完毕的，可是不同芯片的映射方式也是不同的。

1、CF8h/CFCH Method

    Intel Chipsets使用IO空间的CF8h/CFCh地址来訪问PCI设备的配置寄存器。该方法相同能够訪问PCIe设备的头255配置寄存器。

    为了对已知PCI设备发起一个PCI总线配置周期，软件必须运行下面步骤：

1. PCI设备的总线号必须被填写到IO地址CF8h的[23:16] bits

2. PCI设备的设备号必须被填写到IO地址CF8h的[15:11] bits

3. PCI设备的功能号必须被填写到IO地址CF8h的[10:8] bits

4. 须要訪问的寄存器双字地址必须被填写到IO地址CF8h的[7:2] bits

5. CF8h的最高位为配置位。该位必须设置为1

6. 对于写操作，将设备的特定信息组合成一个双字（4bytes)后。写到CFCh地址

7. 对于读操作，将设备的特定信息组合成一个双字后，把数据从CFCh读回来

    

    当运行6或者7步骤时，对应的PCI配置read/write cycle被Created by Intel Chipset，并在须要时传递到整个系统。在步骤4配置须要读写的寄存器地址时。该空间仅仅有6位，也就说仅仅有64个地址可写，可是PCI配置空间不是256吗？别急，记得是双字地址，一个Dword=4 bytes。也就是说4 * 64 = 256。刚好，不是吗？

 

2、Memory Mapped Method

    PCIe规范为每一个PCIe设备加入了很多其它的配置寄存器。空间为4K。虽然CF8h/CFCh方法仍然可以訪问lower 255 bytes，可是必须提供第二种方法来訪问剩下的4K range寄存器。

Intel的解决方式是使用了预留256MB内存地址空间，对这段内存的不论什么訪问都会发起PCI 配置cycle。可是为什么是256MB?

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听我慢慢解释给大家听：犹豫4K的配置空间是directly mapped to memory的，那么PCIe规范必须保证全部的PCIe设备的配置空间占用不同的内存地址，依照PCIe规范，支持最多256个buses。每一个Bus支持最多32个PCI devices，每一个device支持最多8个function,也就是说：占用内存的最大值为：256 * 32 * 8 * 4K = 256MB。

    这段256MB的内存区将依据intel chipset的不同。能够映射到系统内存映射范围内的不论什么位置，一般北桥芯片都会有一个寄存器来指明PCI配置空间的内存映射地址，它叫PCIe Configuration Register Base Address Register (BAR)，例如以下图：

    当软件訪问指定PCIe设备的配置寄存器时，必须正确计算该寄存器映射到内存的详细地址，那么怎么计算呢，參考上图我们能够知道，busNo=0,deviceNo=0,funcNo=0的地址刚好是BAR，一条总线占用的最大空间计算例如以下：

    SIZE_PER_BUS = 4K * 32 * 8 = 256K = 1M = 100000h

    SIZE_PER_DEVICE = 4K * 8 = 8000h

    SIZE_PER_FUNC = 4K = 1000h

    訪问总线号为busNo，设备号为DevNo，功能号为funcNo的offset寄存器的计算公式是：

    Memory Address = PCIe Configuration Register Base Address Register (BAR)

                                    + busNo * SIZE_PER_BUS

                                    + devNo * SIZE_PER_DEVICE

                                    + funcNo * SIZE_PER_FUNC

                                    + offset

    For example, to access the following configuration register:
    ? PCI Express Configuration Register F0000000h
    ? Bus Number 15h
    ? Device Number 00h
    ? Function Number 05h
    ? Register Offset 84h

Memory Address = F0000000h + 15h * 100000h + 00h * 8000h  + 05h * 1000h + 84h

                        = F1505084h

    如今我们能够从已知的busNo，devNo，funcNo和offset来计算映射后的内存地址。那么反过来。给定的内存地址，我们想知道这个地址的busNo, devNo, funcNo和offset信息，能够吗？当然能够，计算公式例如以下：

    busNo = (Memory Address - BAR) / SIZE_PER_BUS;

    devNo = (Memory Address - BAR - busNo * SIZE_PER_BUS) / SIZE_PER_DEVICE;

    funcNo = (Memory Address - BAR - busNo * SIZE_PER_BUS 

                    - devNo * SIZE_PER_DEVICE) / SIZE _PER_FUNC;

    offset = Memory Address - BAR - busNo * SIZE_PER_BUS - devNo * SIZE_PER_DEVICE

                    - funcNo * SIZE_PER_FUNC;

    又或offset = Memory Address & 0x0FFFh;（为什么是0x0FFFh?自己想想啦）

    想起来了么？因此PCIe的配置空间大小就是4K啊。

3、芯片组的异同

    上面说的BAR，也就是PCI配置空间寄存器映射到内存的基地址寄存器。在intel chipset中的实现方式也千差万别。在前期的intel chipset中。该寄存器被包括在芯片组（MCH ,GMCH)的内存控制器部分。

    另外。因为被PCIe配置空间占用的256M内存空间会屏蔽掉DRAM使用该段内存区。大部分的Intel Chipset同意Bios来配置该空间大小，因此在实际应用中，一般就应用前面几个总线号，BIOS通过检測PCIe总线的扩展深度来动态设置该映射内存区的大小，比方PM965芯片组，假设配置软件检測系统使用不大于64的总线号，那么该软件将编程内存映射大小为64M，剩下的(256M-64M = 192M)留给DRAM。

4、PCIe配置空间的内存映射对32bit系统的影响

    因为PCIe配置空间占用了256M内存空间，并且该被占用空间对DRAM来说是不可用的，这意味着256M空间消失于系统内存，这在32bit系统中更为明显。

    比方。在32 bit WINxp中，理论上能够訪问到的内存是4G，假设4G空间都被DRAM给占用。因为PCIe的存在。被PCIe占用的那部分内存空间对OS来说是不可用的，莫名的消失了最多256M内存，这也是大部分Intel Chipset同意BIOS来配置该空间大小的原因。

    在64 bit 系统中。不存在这个问题，由于系统能够訪问超过4G的内存空间。Intel Chipset会包括控制逻辑把该PCIe的内存映射到above 4G。这样跟DRAM就没有冲突。

在64bit系统中，不可能使用2的64次方的内存吧。哈哈，总会没有使用到的内存空间。

5、訪问PCIe配置空间的C转换代码

//**********************************************************************
unsigned long PCIeBase = 0xF0000000UL;
unsigned long FinalAddress;
unsigned long Bus = 0;
unsigned long Device = 0;
unsigned long Function = 0;
unsigned long Register = 0;
//**********************************************************************
void Convert_to_Memory()
{
    FinalAddress = PCIeBase +
                        (Bus*0x100000UL) +
                        (Device*0x8000) +
                        (Function*0x1000) +
                        Register;
}
//**********************************************************************
void Convert_to_Register()
{
    Bus = (FinalAddress-PCIeBase) / (0x100000UL);
    Device = (FinalAddress-PCIeBase - (Bus*0x100000UL)) / (0x8000);
    Function = (FinalAddress-PCIeBase - (Bus*0x100000UL) -
    (Device*0x8000)) / (0x1000);
    Register = (FinalAddress) & (0x00000FFF)

}