汇编学习笔记(27) - PCIe

https://zhuanlan.zhihu.com/p/26244141
PCI的拓扑结构和枚举过程

https://www.sohu.com/a/300238384_505795
首先我们来看一下在x86系统中，PCIe是什么样的一个体系架构。下图是一个PCIe的拓扑结构示例,PCIe协议支持256个Bus, 每条Bus最多支持32个Device，每个Device最多支持8个Function，所以由BDF（Bus，device，function）构成了每个PCIe设备节点的身份证号。

 

 

 

 

PCIe体系架构一般由root complex，switch，endpoint等类型的PCIe设备组成，在root complex和switch中通常会有一些embeded endpoint(这种设备对外不出PCIe接口)。这么多的设备，CPU启动后要怎么去找到并认出它们呢? Host对PCIe设备扫描是采用了深度优先算法，其过程简要来说是对每一个可能的分支路径深入到不能再深入为止，而且每个节点只能访问一次。我们一般称这个过程为PCIe设备枚举。枚举过程中host通过配置读事物包来获取下游设备的信息，通过配置写事物包对下游设备进行设置。

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Root complex中与Host Bridge相连接的PCI总线命名为PCI Bus 0），系统首先会忽略Bus 0上的embedded EP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。

 

PCIe的配置
　　每个PCI设备根据插入的物理位置的不同会得到一个 BUS Device Function(BDF)的编号，用来唯一定位这个设备
　　每个PCI设备都会有一个配置空间，
　　可以通过IO空间的的两个寄存器来访问指定设备的配置空间
　　　　CF8h: CONFIG_ADDRESS ； PCI配置空间地址端口（BDF）
　　　　　　　　31 位：Enabled位。
　　　　　　　　23:16 位：总线编号。
　　　　　　　　15:11 位：设备编号。
　　　　　　　　10: 8 位：功能编号。
　　　　　　　　7: 2 位：配置空间寄存器编号。
　　　　　　　　1: 0 位：恒为“00”。这是因为CF8h、CFCh端口是32位端口。
　　　　CFCh: CONFIG_DATA
　　PCIe规定这个配置空间的大小是4K, 所以上面的方式只能访问255b的数据，于是还有内存映射的方式
　　PCI规定 一套系统最多支持255个Bus，每个Bus最多32个Devices，每个Devices最多支持8个Function，配置空间最大是256MB，当然实际肯定是用不了这么多的。
　　系统采用 MMIO就是将这个空间映射到物理地址的方式实现访问，具体映射的空间，配置Root Comples(RC)寄存器中.

　　配置空间的结构会根据设备的类型不同而有所区别，
　　以非Bridge设备为例，其中包含了Device ID 和 Vendor ID，这两个ID需要向委员会申请，程序可以通过这两个ID配短处具体设备二选择对应的驱动程序。
　　同时配置空间中也包含了他数据空间访问方式的配置，以及数据空间大大小
　　比如bar的bit0 用于表示要映射到 IO空间还是内存空间
　　而Base Address值表明数据映射的地址，Base Address会固定一些位为0并且只读，用于表示数据的大小。

　　这样操作系统就可以通过
　　1. RC寄存器知道配置空间 或 (CONFIG_ADDRESS / CONFIG_DATA) 找到配置空间。
　　2. 配置 配置空间的内容来位数据区域映射 访问地址。
　　3. 通过映射的访问地址操作硬件完成功能。

　　同时PCI设备也是可以有中断线连接到 IO APIC的。

文献：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/26244141
https://blog.csdn.net/jiangwei0512/article/details/51603525
https://zhuanlan.zhihu.com/p/36423152