BIOS备忘录之x86硬件编程(寄存器与IO)

SOC固件（BIOS）开发：

1.熟悉硬件原理图：要弄清楚pin脚的功能；

2.配置GPIO引脚，配置成Native功能还是GPIO功能（如果是配置成GPIO，需要在code里面显式的使用）；

3.硬件驱动是通过controller的寄存器来访问device的：以IIC为例，如果SOC有IIC的controller，固件程序只需要配置IIC的GPIO为native功能，然后code里面通过读写IIC controller的寄存器就可以完成对IIC device的访问（IIC的硬件时序由硬件controller完成）；如果没有IIC controller，则需要通过GPIO来模拟IIC的总线时序来实现对IIC device的访问（51单片机模拟IIC时序为例））

4.固件的代码组成：开源UDK（软件框架）+ SOC厂商的reference code（硬件驱动）+ 自己开发的feature（应用程序）

硬件驱动

硬件编程需要掌握的规范（USB为例）：

1.通用的工业规范，比如USB总线协议，USB Host controller协议：前者规定了比如时序的定义，后者定义了寄存器接口（可以理解为硬件厂商在实现USB controller的功能时需要提供给软件的接口，软件只需要按spec操作寄存器就行了，而时序是由硬件自动实现的）；

2.硬件厂商的datasheet，除了上面的寄存器，厂商可能还会有其他的寄存器来实现自家特有的功能；

3.使用的系统软件的相关API与接口要求：比如UDK里面的硬件驱动实现的接口以PROTOCOL的形式提供给上层调用，而Linux下的驱动程序实现的接口表现为某种结构体。

从驱动程序的角度看硬件控制器，控制器就是一组寄存器：

1.驱动程序通过读写寄存器来初始化硬件控制器；

2.提供符合系统规范的接口（系统通过统一的接口访问不同的硬件）：

在不同的软件系统里面写硬件驱动，需要熟悉软件系统的接口，比如软件系统提供的API，软件系统规定的驱动程序需要实现的接口。比如UDK里面的硬件驱动实现的接口以PROTOCOL的形式提供给上层调用，而Linux下的驱动程序实现的接口表现为某种结构体。

寄存器

PCIe配置寄存器：通过IO CF8/CFC来访问。

Controller寄存器：Controller定义的寄存器，如果Controller是挂在pcie总线上，则controller寄存器的内存基地址由pcie的BAR寄存器指定。

其他寄存器：一般来说，有固定的内存地址（比如如果我们需要在系统下面查看某个GPIO的输出状态，可以通过查看code或者spec来计算出该GPIO的内存地址，在系统用tool查看该内存地址的值，看描述GPIO输出状态的那个个bit位就行了）。

IO

CF8/CFC：访问PCIe配置空间(寄存器)

CF9：Reset Generator

IoWrite8(CF9, 0x6); //系统重启，不掉电
IoWrite8(CF9, 0xe); //系统重启，掉电

70/71：RTC controller

有些IO的操作是与EC通信的，这时需要map到LPC总线上：

比如现在想要通过68/6c与EC通信：

1.配置LPC的68/6c的decode，这样对68/6c的访问就会map到LPC总线上；

2.EC需要配置，这样才能响应LPC总线上的68/6c的操作

60/64：keyboard controller

62/66：Microcontroller

62/66是ACPI里面定义的，用来OSPM读写EC OperationRegion(EC RAM Space)的。

比如：往EC RAM Space的offset A9的位置写值0x01：

2E-2F：Super IO

4E-4F：Microcontroller

80：一般来说，BIOS可以通过往port80写值来记录代码的运行，往port80写的值会通过LPC总线写到EC的RAM区域：