PCIExpress设备配置空间访问机制

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：系统软件使用CFG_ADDR和CFG_DATA寄存器访问PCI设备的配置空间，而使用INT_ACK寄存器访问挂接在PCI总线上的中断控制器的中断向量，HOST主桥这3个寄存器的地址偏移和属性如表2-1所示。当该位为1时，HOST主桥使能对PCI设备配置空间的访问，当HOST处理器对CFG_DATA寄存器进行访问时，HOST主桥将对这个寄存器的访问转换为PCI配置读写总线事务并发送到PCI总线上。下面以源代码2-1为例说明PowerPC处理器如何访问PCI配置空间。

PCI总线规定访问配置空间的总线事务，即配置读写总线事务，使用ID号进行寻址。PCI设备的ID号由总线号（Bus Number）、设备号（Device Number）和功能号（Function Number）组成。

其中总线号在HOST主桥遍历PCI总线树时确定。PCI总线可以使用PCI桥扩展PCI总线，并形成一棵PCI总线树。在一棵PCI总线树上，有几个PCI桥（包括HOST主桥），就有几条PCI总线。在一棵PCI总线树中，总线号由系统软件决定，通常与HOST主桥直接相连的PCI总线编号为0，系统软件使用DFS（Depth-First Search）算法扫描PCI总线树上的所有PCI总线，并依次进行编号。

一条PCI总线的设备号由PCI设备的IDSEL信号与PCI总线地址线的连接关系确定，而功能号与PCI设备的具体设计相关。在一个PCI设备中最多有8个功能设备，而且每一个功能设备都有各自的PCI配置空间，而在绝大多数PCI设备中只有一个功能设备。HOST主桥使用寄存器号，访问PCI设备配置空间的某个寄存器。

在MPC8548处理器的HOST主桥中，与PCI设备配置空间相关的寄存器由CFG_ADDR、CFG_DATA和INT_ACK寄存器组成。系统软件使用CFG_ADDR和CFG_DATA寄存器访问PCI设备的配置空间，而使用INT_ACK寄存器访问挂接在PCI总线上的中断控制器的中断向量，HOST主桥这3个寄存器的地址偏移和属性如表2-1所示。

表2-1 PCI总线配置寄存器

在MPC8548处理器中，所有内部寄存器都使用存储器映射方式进行寻址，并存放在以BASE_ADDR^[12]变量为起始地址的“1MB连续的物理地址空间”中。PowerPC处理器可以通过BASE_ADDR+Offset的方式访问表2-1中的寄存器。

MPC8548处理器使用CFG_ADDR寄存器和CFG_DATA寄存器访问PCI设备的配置空间，其中用CFG_ADDR寄存器保存PCI设备的ID号和寄存器号，该寄存器的各个字段的详细说明如下所示。

●Enable位。当该位为1时，HOST主桥使能对PCI设备配置空间的访问，当HOST处理器对CFG_DATA寄存器进行访问时，HOST主桥将对这个寄存器的访问转换为PCI配置读写总线事务并发送到PCI总线上。

●Bus Number字段记录PCI设备所在的总线号。

●Device Number字段记录PCI设备的设备号。

●Function Number字段记录PCI设备的功能号。

●Register Number字段记录PCI设备的配置寄存器号。

MPC8548处理器访问PCI设备的配置空间时，首先需要在CFG_ADDR寄存器中设置这个PCI设备对应的总线号、设备号、功能号和寄存器号，然后使能Enable位。之后当MPC8548处理器对CFG_DATA寄存器进行读写访问时，HOST主桥将这个存储器读写访问转换为PCI配置读写请求，并发送到PCI总线上。如果Enable位没有使能，处理器对CFG_DATA的访问不过是一个普通的I/O访问，HOST主桥并不能将其转换为PCI配置读写请求。(https://www.chuimin.cn)

HOST主桥根据CFG_ADDR寄存器中的ID号，生成PCI配置读写总线事务，并将这个读写总线事务，通过ID译码方式发送到指定的PCI设备。PCI设备将接收来自配置写总线事务的数据，或者为配置读总线事务提供数据。

值得注意的是，在PowerPC处理器中，在CFG_DATA寄存器中保存的数据采用大端方式进行编址，而PCI设备的配置寄存器采用小端编址，因此HOST主桥需要进行端模式转换。下面以源代码2-1为例说明PowerPC处理器如何访问PCI配置空间。

源代码2-1 PowerPC处理器访问PCI配置空间

stw r0，0（r1）

ld r3，0（r2）

首先假设寄存器r1的初始值为BASE_ADDR+0x0_8000（即CFG_ADDR寄存器的地址），寄存器r0的初始值为0x8000-0008，寄存器r2的初始值为BASE_ADDR+0x0_8004（即CFG_DATA寄存器的地址），而指定PCI设备（总线号、设备号、功能号都为0）的配置寄存器的0x0B～0x08中的值为0x9988-7766。

这段源代码的执行步骤如下。

（1）将r0寄存器赋值到r1寄存器所指向的地址空间中，即初始化CFG_ADDR寄存器为0x8000-0008。

（2）从r2寄存器所指向的地址空间中读取数据到r3寄存器中，即从CFG_DATA寄存器中读取数据到r3寄存器。

在MPC8548处理器中，源代码2-1执行完毕后，寄存器r3保存的值为0x6677-8899，而不是0x9988-6677。系统程序员在使用这个返回值时，一定要注意大小端模式的转换。值得注意的是，源代码2-1可以使用lwbrx指令进行优化，该指令可以在读取数据的同时，进行大小端模式的转换。

处理器读取INT_ACK寄存器时，HOST主桥将这个读操作转换为PCI总线中断响应事务。PCI总线中断响应事务的作用是通过PCI总线读取中断控制器的中断向量号，这样做的前提是中断控制器需要连接在PCI总线上。

PowerPC处理器使用的MPIC中断控制器不是挂接在PCI总线上，而是挂接在SoC平台总线上，因此PCI总线提供的中断应答事务在这个处理器系统中并没有太大用途。但是并不排除某些PowerPC处理器系统使用了挂接在PCI总线上的中断控制器，比如PCI南桥芯片，此时PowerPC处理器系统需要使用中断应答事务读取PCI南桥中的中断控制器，以获取中断向量号。

PCIExpress设备配置空间访问机制

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