假设在一个32位处理器中，存储器域的0xF000-0000～0xF7FF-FFFF这段物理地址空间与PCI总线的地址空间存在映射关系。图3-1 存储器域与PCI总线域的映射关系当PCI设备使用DMA机制访问存储器域地址空间时，处理器系统同样需要将存储器域的地址空间反向映射到PCI总线地址空间。本章采用图3-1的映射关系，虽然增加了映射复杂度，却便于读者深入理解存储器域到PCI总线域之间的映射关系。......
2023-10-20
从存储器域到PCI总线的地址空间转换
【摘要】：图2-4 MPC8548处理器存储器域到PCI域的转换在介绍MPC8548处理器如何使用Outbound寄存器组进行存储器域地址空间到PCI总线域地址空间的转换之前，本节将首先介绍Outbound寄存器组中的相应寄存器。该位是Outbound窗口的使能位，为1表示当前Outbound寄存器组描述的存储器地址空间到PCI总线地址空间的映射关系有效；为0表示无效。检查LAWBAR和LAWAR寄存器，判断当前36位的物理地址是否属于PCI总线空间。
MPC8548处理器使用ATMU（Address Translation and Mapping Unit）寄存器组进行存储器域到PCI总线域，以及PCI总线域到存储器域的地址映射。ATMU寄存器组由两大组寄存器组成，分别为Outbound和Inbound寄存器组。其中Outbound寄存器组将存储器域的地址转换为PCI总线域的地址，而Inbound寄存器组将PCI总线域的地址转换为存储器域的地址。
在MPC8548处理器中，只有当CPU读写访问的地址范围在Outbound寄存器组管理的地址空间之内时，HOST主桥才能接收CPU的读写访问，并将CPU在存储器域上的读写访问转换为PCI总线域上的读写访问，然后才能对PCI设备进行读写操作。
如图2-2所示，CPU对存储器域的地址访问，首先使用CCB总线事务，如果所访问的地址在Cache中命中，则从Cache中直接获得数据，否则将从存储器域中获取数据。而在绝大多数情况下，外部设备使用的地址空间是不可Cache[13]的，所以发向PCI设备的CCB总线事务通常不会与Cache进行数据交换。
如果CCB总线事务使用的地址在HOST主桥的Outbound寄存器窗口中命中，HOST主桥将接收这个CCB总线事务，并将其转换为PCI总线事务之后，再发送到PCI总线上。MPC8548处理器的每一个HOST主桥都提供了5个Outbound寄存器窗口来实现存储器域地址到PCI总线域地址的映射，其映射过程如图2-4所示。
图2-4 MPC8548处理器存储器域到PCI域的转换
在介绍MPC8548处理器如何使用Outbound寄存器组进行存储器域地址空间到PCI总线域地址空间的转换之前，本节将首先介绍Outbound寄存器组中的相应寄存器。Outbound寄存器组的地址偏移、属性和复位值如表2-2所示。
表2-2 PCI/X ATMU Outbound寄存器组
1.POTARn和POTEARn寄存器
在POTARn和POTEARn寄存器中保存当前Outbound窗口在PCI总线域中的64位地址空间的基地址。这两个寄存器的主要字段如下。
●POTARn寄存器的TEA字段，第0～11位，保存PCI总线地址空间的43～32位。
●POTARn寄存器的TA字段，第12～31位，保存PCI总线地址空间的31～12位[14]。
●POTEARn寄存器的TEA字段，第12～31位，保存PCI总线地址空间的63～44位。
2.POWBARn寄存器和POWARn寄存器
而POWBARn寄存器保存当前Outbound窗口在存储器域中的36位地址空间的基地址[15]，其主要字段如下。(www.chuimin.cn)
●WBEA字段保存存储器域地址的第0～3位。
●WBA字段保存存储器域地址的第4～23[16]位。POWARn寄存器描述Outbound窗口的属性，其主要字段如下。
●EN位，第0位。该位是Outbound窗口的使能位，为1表示当前Outbound寄存器组描述的存储器地址空间到PCI总线地址空间的映射关系有效；为0表示无效。
●RTT字段，第12～15位，该字段描述当前窗口的读传送类型，为0b0100表示存储器读，为0b1000表示I/O读。
●WTT字段，第16～19位，该字段描述当前窗口的写传送类型，为0b0100表示存储器写，为0b1000表示I/O写。在PCIe总线控制器中，RTT字段和WTT字段还可以支持对配置空间的读写操作。
●OWS字段，第26～31位，该字段描述当前窗口的大小，Outbound窗口的大小在
4KB～64GB之间，其值为2OWS+1。
3.使用Outbound寄存器访问PCI总线地址空间
MPC8548处理器使用Outbound寄存器组访问PCI总线地址空间的步骤如下。
（1）首先MPC8548处理器需要将程序使用的32位有效地址EA（Effective Address）转换为41位的虚拟地址VA（Virtual Address）。E500 V2内核不能关闭MMU（Memory Manage-ment Unit），因此不能直接访问物理地址。
（2）MPC8548处理器通过MMU将41位的虚拟地址转换为36位的物理地址。在E500V2内核中，物理地址是36位（缺省是32位，需要使能）。
（3）检查LAWBAR和LAWAR寄存器，判断当前36位的物理地址是否属于PCI总线空间。在MPC8548中定义了一组LAWBAR和LAWAR寄存器对，每一对寄存器描述当前物理空间是与PCI总线、PCIe总线、DDR还是RapidIO空间对应。该组寄存器的详细说明见MPC8548 PowerQUICC IIITM Integrated Host Processor Family Reference Manual。如果CPU访问的空间为PCI总线空间，则执行第（4）步，否则处理器将不会访问PCI地址空间。
（4）判断当前36位物理地址是否在POWBARn寄存器1～4描述的窗口中，如果在则将36位的处理器物理地址通过寄存器POTARn和POTEARn转换为64位的PCI总线地址，然后HOST主桥将来自处理器的读写请求发送到PCI总线上；如果不在POWBARn寄存器1～4描述的窗口中，POWBAR0寄存器作为缺省窗口，接管这个存储器访问，并使用寄存器PO-TAR0和POTEAR0，将处理器物理地址转换为PCI总线地址，当然在正常设计中很少出现这种情况。
许多系统软件，将Outbound窗口两边的寄存器使用“直接相等”的方法进行映射，将存储器域的地址与PCI总线地址设为相同的值。但是系统软件程序员务必注意这个存储器地址与PCI总线地址是分属于存储器域与PCI总线域的，这两个值虽然相等，但是所代表的地址并不相同，一个属于存储器域，而另一个属于PCI总线域。
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