PCIE的内存地址空间、I/O地址空间和配置地址空间

pci设备与其它接口的设备（如i2c设备）最大的不同是存在内存地址空间和配置地址空间

首先区分一下IO空间和内存空间
cpu会访问的设备一般有内存和外设寄存器，如下图所示。x86架构采用独立编址将内存操作与外设IO操作分开了才有了内存空间和IO空间的区分，x86平台cpu内部对内存和外设寄存器访问的指令也是不同的。arm等其他平台都采用统一编址，不区分内存和外设的访问。

IO空间：访问外部设备寄存器的地址区域，x86平台为64k

内存空间：访问内存的地址空间，32位平台为4G

 

 

 

 pci设备的内存空间是怎么回事呢？

常见的设备都只提供寄存器供cpu访问，对于低速外设这样的模式是足够的。但是对于需要大量、高速数据交互的外设就需要引入外设内存空间了。在网卡、显卡这样的pci高速外设中不仅有寄存器还有了一块内存。

配置空间和IO空间不都是外设的寄存器吗，它们有什么区别呢？

IO空间就和i2c设备的寄存器空间一样，用来获取外设状态、配置外设。
配置空间是一段特殊的IO空间，它的作用是为外设内存空间、IO空间分配物理地址基地址，即配置BAR（Base Address Registers）。这里类似linux对虚拟地址的映射了，但现在分配的却是物理地址。因为外设内部的内存地址都是从0开始编址的，当pci控制器接入多个pci设备时如何确保pci上的内存地址不混乱呢，这就是配置空间的一个作用，配置空间有固定的结构，在pci总线扫描设备时配置好BAR，这样各个pci设备的内存空间和IO空间才可访问，而不至于和其他设备物理地址冲突。
在pci总线之前的ISA总线是使用跳线帽来分配外设的物理地址的，每插入一个新设备都要改变跳线帽以分配物理地址，这是十分麻烦且易错的，但这样的方式似乎我们更容易理解。能够分配自己总线上挂载设备的物理地址这也是PCI总线相较于I2C、SPI等低速总线一个最大的特色。

为什么只有pci设备可以有外设内存空间，i2c、usb等设备没有？
说起外设上可以有设备专属的内存时，指的都是pci设备。我们更为常用的i2c、usb、spi、uart设备怎么都没有这样的说法呢？
这是因为在cpu内部架构中会有系统总线和外设总线。系统总线一般是连接cpu与主存的，外设总线是cpu连接外部设备的。在有pci控制器的cpu架构中pci总线就取代了cpu内部的外设总线的位置，所有外设都是挂在不同层级的pci桥上的，再由pci转成了usb、i2c、uart等接口。因此pci设备相当于直接连在cpu总线上了，这样pci设备中就可以拥有cpu总线上的物理地址，和主存共享cpu的物理地址空间，当然就可以存在外设内存（相当于pci设备与其他外设的控制器在一个层级上）。i2c等外设只能通过i2c控制器间接的与cpu通信，pci设备拥有cpu的物理地址，可以直接与cpu对话。
可简要理解为pci总线类似cpu内部总线的延伸，i2c、usb等都仅仅是纯粹的外设总线，社会层级不同。