pci_map_single函数的主要作用是通过ptr参数，获得与之对应的dma_addr，即进行存储器域虚拟地址到PCI总线域物理地址的转换。值得注意的是存储器域物理地址与PCI总线域物理地址的区别。起初在x86处理器中，存储器域物理地址到PCI总线域物理地址的转换非常简单，是直接相等的关系。在PowerPC处理器中，存在一组Inbound寄存器，通过该组寄存器可以将PCI总线地址转换为PowePC处理器规定的存储器地址，详见第2.2节。......
2023-10-20
PCIExpress地址转换请求
【摘要】：在PCIe总线中，一个地址转换关系由8B组成，这也是地址转换请求TLP的Length字段至少为0b10的原因。当TA收到地址转换请求TLP后，将查找ATPT，然后通过存储器读完成TLP，将转换关系发送给PCIe设备。采用这种方式时，PCIe设备将首先向TA发送地址转换请求TLP，并从ATPT中获得地址转换关系后，使用TA等于0b10的存储器读写TLP，即使用Translated Address与主存储器进行数据交换，从而有效避免了上文所述的安全隐患。
PCIe设备可以使用地址转换请求（Translation Requests）TLP向TA提交地址转换请求。该TLP具有64位和32位两种地址格式。本节仅介绍64位地址格式，如图13-9所示。其中AT字段为0b01表示当前报文为地址转换请求TLP。
该报文的格式与存储器读请求TLP的报文格式基本类似，但是在地址转换请求TLP中，一些字段的含义与存储器读请求TLP并不相同。该报文的作用是将Untranslated Address字段发送到TA，而TA根据ATPT将Untranslated Address数据区域进行翻译，然后通过存储器读完成TLP将地址转换关系发送给PCIe设备。PCIe设备收到这个存储器读完成TLP后将这个地址转换关系保存在PCIe设备的ATC中。
Untranslated Address数据区域的长度由Length字段确定。在地址转换请求TLP中，Length字段的最低位和高5位为0，而且Length字段不能为0b00-0000-0000，因此该地址转换请求TLP所访问的数据区域最小为8B，而最大不能超过RCB。而且该数据区域为1DW对界，First DW BE与Last DW BE字段都为0b1111。
图13-9 64位地址转换请求TLP的格式
当PCIe设备与某个虚拟机绑定时，Untranslated Address数据区域的GPA地址连续，但是其对应的HPA地址并不一定连续（在绝大多数虚拟机的实现中，为简化设计，GPA所对应的HPA地址区域地址连续）。因此PCIe设备发送一个地址转换请求后，可能会从TA得到多个地址转换关系，这些地址转换关系可以使用一个存储器读完成TLP发送给PCIe设备。在PCIe总线中，一个地址转换关系由8B组成，这也是地址转换请求TLP的Length字段至少为0b10的原因。
当TA收到地址转换请求TLP后，将查找ATPT，然后通过存储器读完成TLP，将转换关系发送给PCIe设备。如果地址转换成功时，TA使用CplD（带数据的存储器读完成报文）将转换关系发送给PCIe设备；否则使用Cpl将失败信息发送给PCIe设备。本节仅讨论CplD报文，其格式如图13-10所示。
图13-10 地址转换完成TLP的格式
地址转换完成TLP的报文头与存储器读完成报文头完全相同，而Payload字段由一个或者多个地址转换关系组成。一个地址转换关系由以下字段与位组成。
●Translated Address[63：12]字段保存与Untranslated Address对应的HPA地址，即经过转换的地址。
●而U位为1时，表示这段HPA空间只能使用Untranslated地址访问，即PCIe设备不能使用AT字段等于0b10的存储器读写TLP；R位为1，表示HPA地址空间可读；W位为1时，表示HPA地址空间可写。(www.chuimin.cn)
●N位为1时，PCIe设备访问这段数据区域时，其存储器读写TLP的No Snoop位必须为0，表示硬件需要进行Cache一致性操作；如果该位为0，PCIe设备将使用其他方法确定No Snoop位是否可以为1。
●S位需要与Translated Address字段联合使用，表示该段数据区域的大小，如表13-2所示。
由该表所示，Translated Address数据区域的最小值为4KB，此时S位必须为0。如果S不为0，则表示这段数据区域大于4KB。当Address31为0，而Address[30：12]和S位都为1时表示，这段区域为4GB，但是4GB并不是Translated Address数据区域的最大值。PCIe设置还可以使用Address[63：32]字段，继续扩展数据区域的大小。
表13-2 Translated Address区域的大小
当PCIe设备支持ATS机制并进行DMA操作时，首先查找当前访问的地址是否在ATC中命中，如果命中则直接从ATC中获得Translated Address，并使用AT等于0b10的存储器读写TLP与主存储器交换数据。TA收到AT等于0b10的TLP后，将不使用ATPT进行地址转换，而将报文直接发送到存储器控制器，与主存储器进行数据交换。
如果PCIe设备访问的地址区域没有在ATC中命中时，PCIe设备有两种处理方法，一是使用AT等于0b00的TLP，即使用Untranslated Address直接访问存储器，这个Untranslated Address到达TA后，TA根据ATPT的设置，将Untranslated Address进行地址转换，然后再将报文发送到存储器控制器中。
如果处理器系统中存在恶意的虚拟机时，PCIe设备使用这种方法时将会带来安全隐患。因为恶意的虚拟机可以直接将这个Untranslated Address与其他PCIe设备使用的BAR空间重合，从而该虚拟机可以破坏隶属于其他虚拟机的PCIe设备，干扰其他虚拟机的正常运行，这是虚拟机系统禁止的行为。
因而当PCIe设备访问的地址区间没有在ATC中命中时，应该首先进行地址转换。采用这种方式时，PCIe设备将首先向TA发送地址转换请求TLP，并从ATPT中获得地址转换关系后，使用TA等于0b10的存储器读写TLP，即使用Translated Address与主存储器进行数据交换，从而有效避免了上文所述的安全隐患。
目前尚无支持ATS机制的PCIe设备，但是通过本节的描述可以发现，使用ATS机制可以有效减轻TA进行地址转换的负担，同时避免虚拟机中存在的安全隐患。
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2023-10-20
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