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。......
2023-10-20
PCI总线域转存储器域：快速解读PCIExpress结构
【摘要】：MPC8548处理器使用Inbound寄存器组将PCI总线域地址转换为存储器域的地址。表2-3 PCI/X ATMU Inbound寄存器组值得注意的是，Inbound寄存器组除了可以进行PCI总线地址空间到存储器域地址空间的转换之外，还可以转换分属不同PCI总线域的地址空间，以支持PCI总线的Peer-to-Peer数据传送方式。结合Outbound寄存器组，可以发现PCI总线地址空间与存储器地址空间是有一定联系的。
MPC8548处理器使用Inbound寄存器组将PCI总线域地址转换为存储器域的地址。PCI设备进行DMA读写时，只有访问的地址在Inbound窗口中时，HOST主桥才能接收这些读写请求，并将其转发到存储器控制器。MPC8548处理器提供了3组Inbound寄存器，即提供3个Inbound寄存器窗口，实现PCI总线地址到存储器地址的反向映射。
从PCI设备的角度来看，PCI设备访问存储器域的地址空间时，首先需要通过Inbound窗口将PCI总线地址转换为存储器域的地址；而从处理器的角度来看，处理器必须将存储器地址通过Inbound寄存器组反向映射为PCI总线地址空间，才能被PCI设备访问。
PCI设备只能使用PCI总线地址访问PCI总线域的地址空间。HOST主桥将这段地址空间通过Inbound窗口转换为存储器域的地址之后，PCI设备才能访问存储器域地址空间。这个地址转换过程如图2-5所示。
图2-5 MPC8548处理器PCI域到存储器域的转换
在介绍MPC8548处理器如何使用Inbound寄存器组进行PCI总线域地址空间到存储器域地址空间的转换之前，我们首先简要介绍Inbound寄存器组中的相应寄存器。该组寄存器的地址偏移、属性和复位值如表2-3所示。
表2-3 PCI/X ATMU Inbound寄存器组
值得注意的是，Inbound寄存器组除了可以进行PCI总线地址空间到存储器域地址空间的转换之外，还可以转换分属不同PCI总线域的地址空间，以支持PCI总线的Peer-to-Peer数据传送方式。
1.PITARn寄存器
PITARn寄存器保存当前Inbound窗口在存储器域中的36位地址空间的基地址，其地址窗口的大小至少为4KB，因此在该寄存器中仅存放存储器域地址的第0～23位，该寄存器的主要字段如下所示。
●TEA字段存放存储器地址空间的第0～3位。
●TA字段存放存储器地址空间的第4～23位。
2.PIWBARn和PIWBEARn寄存器
PIWBARn和PIWBEARn寄存器保存当前Inbound窗口在PCI总线域中的64位地址空间的基地址的第63～12位，Inbound窗口使用的最小地址空间为4KB，因此在这两个寄存器中不含有PCI总线地址空间的第11～0位。这两个寄存器的主要字段如下所示。
●PIWBARn寄存器的BEA字段存放PCI总线地址空间的第43～32位。
●PIWBARn寄存器的BA字段存放PCI总线地址空间的第31～12位。(www.chuimin.cn)
●PIWBEARn寄存器的BEA字段存放PCI总线地址空间的第63～44位。
3.PIWARn寄存器
PIWARn寄存器描述当前Inbound窗口的属性，该寄存器由以下位和字段组成。
●EN位，第0位。该位是Inbound窗口的使能位，为1表示当前Inbound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。
●PF位，第2位。该位为1表示当前Inbound窗口描述的存储区域支持预读；为0表示不支持预读。
●TGI字段，第8～11位。该字段为0b0010表示当前Inbound窗口描述的存储区域属于PCIe总线域地址空间；为0b1100表示当前Inbound窗口描述的存储区域属于RapidIO总线域地址空间。该字段对于OCeaN实现不同域间的报文转发非常重要，如果当前Inbound窗口的TGI字段为0b0010，此时PCI总线上的设备可以使用该Inbound窗口，通过OCeaN直接读取PCIe总线的地址空间，而不需要经过SoC平台总线。如果TGI字段为0b1111表示Inbound窗口描述的存储器区域属于主存储器地址空间，这也是最常用的方式。使用该字段可以实现HOST主桥的Peer-to-Peer数据传送方式。
●RTT字段和WTT字段，分别为该寄存器的第12～15位和第16～19位。Inbound窗口的RTT/WTT字段的含义与Outbound窗口的RTT/WTT字段基本类似。只是在Inbound窗口中可以规定PCI设备访问主存储器时，是否需要进行Cache一致性操作（Cache Lock and Allocate），在进行DMA写操作时，数据是否可以直接进入Cache。该字段是PowerPC处理器对PCI总线规范的有效补充，由于该字段的存在，PowerPC处理器的PCI设备可以将数据直接写入Cache，也可以视情况决定DMA操作是否需要进行Cache共享一致性操作。
●IWS字段，第26～31位。该字段描述当前窗口的大小，Inbound窗口的大小在4KB～16GB之间，其值为2IWS+1。
4使用Inbound寄存器组进行DMA操作
PCI设备使用DMA操作访问主存储器空间，或者访问其他PCI总线域地址空间时，需要通过Inbound窗口，其步骤如下。
（1）PCI设备在访问主存储器空间时，将首先检查当前PCI总线地址是否在PIW-BARn和PIWBEARn寄存器描述的窗口中。如果在这个窗口中，则将这个PCI总线地址通过PITARn寄存器转换为存储器域的地址或者其他PCI总线域的地址；如果不在将禁止本次访问。
（2）如果PCI设备访问的是存储器地址空间，HOST主桥将来自PCI总线的读写请求发送到存储器空间，进行存储器读写操作，并根据Inbound寄存器组的RTT/WTT位决定是否需要进行Cache一致性操作，或者将数据直接写入到Cache中。
结合Outbound寄存器组，可以发现PCI总线地址空间与存储器地址空间是有一定联系的。如果存储器域地址空间被Inbound寄存器组反向映射到PCI空间，这个存储器地址具有两个地址，一个是在存储器域的地址，一个是在PCI总线域的地址；同理PCI总线空间的地址如果使用Outbound寄存器映射到寄存器地址空间，这个PCI总线地址也具有两个地址，一个是在PCI总线域的地址，一个是在存储器域的地址。
能够被处理器和PCI总线同时访问的地址空间，一定在PCI总线域和存储器域中都存在地址映射。再次强调，绝大多数操作系统将同一个空间的PCI总线域地址和存储器地址设为相同的值，但是这两个相同的值所代表的含义不同。
由此可以看出，如果MPC8548处理器的某段存储器区域没有在Inbound窗口中定义时，PCI设备将不能使用DMA机制访问这段存储器空间；同理如果PCI设备的空间不在Out-bound窗口，HOST处理器也不能访问这段PCI地址空间。
在绝大多数PowerPC处理器系统中，PCI设备地址空间都在HOST主桥的Outbound窗口中建立了映射；而MPC8548处理器可以选择将哪些主存储器空间共享给PCI设备，从而对主存储器空间进行保护。
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