linux pci 协议一

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前言

因为遇到一个pci总线的问题，所以去学习了解linux 的pci驱动，中间总结了一些pci总线原理和linux驱动的知识，在此总结出来备查。

PCI总线原理简介

组成结构

PCI总线是一种局部总线，与系统总线有所区别，主要是为了连接外设。它在一个处理器系统中的位置如下图

与PCI总线相关的模块包括，HOST主桥、PCI总线、PCI桥和PCI设备，所有的PCI设备组成一棵树，后面会看到linux内核在内存中也维护了一棵类似的树。当然这个图只是一种特例，有的系统中存储器控制器的位置是集成在cpu中的，有些简单的系统可能没有PCI桥，只有PCI设备和和主桥。

1. HOST主桥

HOST主桥是一个很特别的桥片，其主要功能是隔离处理器系统的存储器域与处理器系统的PCI总线域，管理PCI总线域，并完成处理器与PCI设备间的数据交换。处理器与PCI设备间的数据交换主要由“处理器访问PCI设备的地址空间”和“PCI设备使用DMA机制访问主存储器”这两部分组成。HOST主桥是联系处理器与PCI设备的桥梁。在一个处理器系统中，每一个HOST主桥都管理了一颗PCI总线树，在同一棵PCI总线树上的所有PCI设备属于同一个PCI总线域。

2. PCI总线

PCI总线由HOST主桥或者PCI桥管理，用来连接各类设备，与HOST主桥直接连接的PCI总线通常被命名为PCI总线0

3. PCI设备

在PCI总线中有三类设备，PCI主设备、PCI从设备和桥设备。其中PCI从设备只能被动地接收来自HOST主桥，或者其他PCI设备的读写请求；而PCI主设备可以通过总线仲裁获得PCI总线的使用权，主动地向其他PCI设备或者主存储器发起存储器读写请求。而桥设备的主要作用是管理下游的PCI总线，并转发上下游总线之间的总线事务。

PCI桥可以连接两条PCI总线，上游PCI总线和下游PCI总线，这两个PCI总线属于同一个PCI总线域，使用PCI桥扩展的所有PCI总线都同属于一个PCI总线域。

读写总线事务

PCI总线使用单端并行数据线，采用地址译码方式进行数据传递，而采用ID译码方式进行配置信息的传递。其中地址译码方式使用地址信号，而ID译码方式使用PCI设备的ID号，包括BusNumber、DeviceNumber、FunctionNumber和RegisterNumber。

我们主要关心与软件关系比较密切的存储器读写总线事务，和配置读写总线事务。

配置读写

前面讲到PCI总线域地址空间与存储区域地址空间不同，需要Host主桥进行地址转换，配置读写总线事务当然涉及到了这个转换过程。我们对配置读写总线事务的硬件处理不关心，而不同host主桥的实现方式不同，配置过程也就不同。内核提供了现成的配置方法，我们着重关注可以配置什么。

PCI总线规定了三种类型的PCI配置空间，分别是PCI Agent设备使用的配置空间，PCI桥使用的配置空间和Cardbus桥片使用的配置空间。值得注意的是，在PCI设备配置空间中出现的地址都是PCI总线地址，属于PCI总线域地址空间。

各个配置寄存器详细说明见参考资料[1]

数据读写（假定配置空间已经被系统软件初始化）

PCI总线支持以下几类存储器读写总线事务。

(1) HOST处理器对PCI设备的BAR空间进行数据读写，BAR空间可以使用存储器或者I/O译码方式。HOST处理器使用PCI总线的存储器读写总线事务和I/O读写总线事务访问PCI设备的BAR（base address也就是数据基地址）空间。

(2) PCI设备之间的数据传递。在PCI总线上的两个设备可以直接通信，如一个PCI

设备可以访问另外一个设备的BAR空间。不过这种数据传递在PC处理器系统中，

较少使用。

(3) PCI设备对主存储器进行读写，即DMA读写操作。DMA读写操作在所有处理器系统中都较为常用，也是PCI总线数据传送的重点所在。在多数情况下，DMA读写操作结束后将伴随着中断的产生。PCI设备可以使用INTA#、INTB#、INTC#和INTD#信号提交中断请求，也可以使用MSI机制提交中断请求。（pci设备通过dma向主存中传数据时，收到中断请求时内存中数据未必立即可用，需要先读）

读写的具体过程这里不再具体描述。感兴趣的读者参考资料[1]。