PCI配置空间 PCI配置空间

PCI配置空间
最后编辑：2010-5-26（修改错别字）
一．概括
任何计算机系统都会有输入/输出，所以对外部设备的访问是CPU设计中的一个重要问题。外设上一般会有很多寄存器，像状态寄存器、控制寄存器、数据寄存器等等。对这些寄存器的访问，一般会有两种不同的形式：

一种叫内存映射方式。这种方式下，外设寄存器和系统内存统一编址，于是对外设寄存器的访问和内存访问一样，不需要额外的指令。

另一种叫I/O映射方式。这种方式下，外设和系统内存分属不同的体系，所以访问外设需要另外的指令。X86体系的CPU就是用的I/O映射方式，外设寄存器访问指令为IN和OUT。和内存访问地址空间不同的是：I/O访问指令的地址空间只有从0～65535。在计算机发展早期，这些地址还算富裕，但是随着外设的发展，各种功能的寄存器越来越多，更有甚者，一些外设上竟另外配置了RAM和扩展ROM，这时区区65536的I/O地址就显得有点“捉襟见肘”了。

为了解决这个问题，PCI规范设计时就为每个设备定义了一个256字节的PCI配置空间。将PCI设备中需要用到的一些基本寄存器都集中存放在该区域。而所有的PCI设备中配置空间的访问只使用I/O地址0CF8H~0CFFH来访问。

二．PCI配置空间
256字节的PCI配置空间分为64字节的头标区和192字节的设备相关区两部分。头标区的各个寄存器用来唯一地识别设备；设备相关区则保存一些与设备相关的数据。

配置空间的头标区又分为两部分：前16个字节的定义在各种类型的PCI设备中都是一样的；剩余的字节随设备类型不同而有所不同。位于偏移地址0EH处的头标类型字段规定了头标区的布局结构。目前，规范定义了三种头标类型。

头标类型	设备
2	【PCI配置空间】PCI-CardBus桥
1	PCI-PCI桥
0	除上述桥外的所有设备

因为PCI网卡的头标类型是0，所以下面我们就来详细说说其布局结构，至于其他类型的头标请读者自行阅读。图3就是头标类型0的头标区的布局。头标区中的寄存器根据功能可分成下面几组：

1. 设备的识别
（1）供应商代码：该寄存器用于识别PCI设备的制造商，具体代码由PCI SIG（http://www.pcisig.com）分配。0FFFFH是无效的供应商代码。
（2）设备代码。该寄存器用来标识某供应商生产的具体设备，代码由各供应商定义。供应商代码和设备代码，读者可以到网站http://www.pcidatabase.com/查阅。

图3 头标类型0的头标区的布局

（3）版本号。该寄存器用来定义指定设备的版本信息。
（4）头标类型。该字段的第7位为“1”表示该设备是多功能设备，为“0”表示为单功能设备；该字段的0～6位就是上文表中所述的头标类型。
（5）设备分类代码。用来标识设备的总体功能和特定的寄存器级编程接口。
上面5个字段均为只读类型，所有的PCI设备都必须实现其功能。

2. 控制命令和设备状态
（1）命令寄存器为一个设备发出和响应PCI总线命令提供粗略的控制。图4就是命令寄存器格式。

图4 命令寄存器格式

我们比较感兴趣的位有：
a.位0（I/O空间控制）：控制对I/O空间访问的响应。该位为0时，禁止设备响应对I/O空间的访问；该位为1时，允许设备响应I/O空间的访问。缺省设置为0。
b.位1（存储器空间控制）：控制一个设备对存储器空间访问的响应。该位为0时，禁止响应；该位为1时，允许设备响应对存储器空间的访问。缺省设置为0。
至于其他位的功能，读者若有兴趣可以自行查阅。

（2）状态寄存器用来记录PCI总线有关的状态信息。

3. 基址寄存器
PCI设备中，除了配置空间外，还有两个物理空间：内存空间和I/O空间。为了访问这两个地址空间，就必须使用基址寄存器。头标类型0中涉及3种基址寄存器：内存空间基址寄存器、I/O空间基址寄存器和扩展ROM基址寄存器。关于基址寄存器，我们下一章重点讲述。

4. 其他寄存器
其他寄存器包括一些本文不涉及到的寄存器，如中断引脚、中断线等等。有兴趣的读者可以自行阅读。

三．PCI逻辑设备
每条PCI总线都有个总线号，主总线的总线号固定为0。每条PCI总线上都有各种各样的PCI设备。这里的设备其实指的是PCI设备接口卡（更确切地说是PCI总线接口芯片），通常取决于插槽的位置。每块PCI接口卡上可以有若干个功能模块，这些功能模块共用同一个PCI总线接口芯片，包括其中用于地址映射的电子线路，以降低陈本。从逻辑的角度说，每个“功能”实际上就是一项设备，所以设备号和功能号合在一起又可以称作“逻辑设备号”，而每块卡上最多可以容纳8个逻辑设备。显然，这些字段结合在一起就唯一地确定了系统中的一项PCI逻辑设备。

而一个PCI配置空间是对应于一个PCI逻辑设备的，所以上面说的PCI设备其实严格意义上来说应该是“PCI逻辑设备”。

四．PCI配置空间的访问
上面说过，PCI规范使用从0CF8H~0CFFH 这8个I/O地址来访问所有设备的PCI配置空间。这8个字节实际上构成了两个32位寄存器：0CF8H寄存器叫做“配置地址寄存器”；0CFCH叫做“配置数据寄存器”。当要访问配置空间的寄存器时，先向地址寄存器写上目标地址，然后就可以从数据寄存器中读写数据了。

我们说过，PCI配置空间对应于一个PCI逻辑设备，所以要访问一个配置空间的某个寄存器，必须要指定：PCI总线号、PCI设备号、PCI设备功能号和寄存器号。配置地址寄存器的格式如下：

31	3024	2316	1511	108	72	1	0
使能位	保留	总线号	设备号	功能号	寄存器号	0	0

第0、1位上的“0”是用来要求你只能按双字（4字节）来读写配置空间寄存器（0~7共8位正好能访问2^8=256个字节的配置空间）。第31位“使能位”用来决定是否允许访问配置空间：为“1”时表示可以访问；为“0”时表示不可以访问。

例如，为了读总线号0、设备号17H、功能号0的30H寄存器，你可以使用下面的代码：

…
MOVEAX, 8000B830H
MOVDX, 0CF8H
OUTDX, EAX

MOV DX, 0CFCH
INEAX, DA
…

五．PCI配置空间的遍历
从上面的配置地址寄存器的格式我们可以看出：总线号从0～255、设备号从0～31、功能号从0～7。根据配置空间的第0个寄存器是否返回0FFFFH值来判断是否存在该PCI设备(没有代码为0FFFFH的供应商)。下面是PCI配置空间遍历的流程图：

图5遍历PCI配置空间流程图

根据该流程用MASM6.11编制的程序源代码pci.asm。该程序经编译，可以在DOS下运行。