PCIE協定解析 synopsys IP Configuration Space Header 讀書筆記（9）

5.1.7.1 PF PCI-Compatible Configuration Space Header – Type 0

Byte Offset	Byte 3	Byte 2	Byte 1	Byte 0
0x00	Device ID（ROS）	Vendor ID（ROS）
0x04	Status Register（ROS）	Command Register（RW）
x08	Class Code（ROS）	Revision ID
0x0C	BIST(0x00)（RO）	Header Type（ROS）	Latency Timer（RO）	Cache Line Size（RW）
0x10	Base Address Register 0
0x14	Base Address Register 1
0x18	Base Address Register 2
0x1C	Base Address Register 3
0x20	Base Address Register 4
0x24	Base Address Register 5
0x28	CardBus CIS Pointer RO(cs)
0x2C	Subsystem ID RO(cs)	Subsystem Vendor ID RO(cs)
0x30	Expansion ROM Base Address (RW)
0x34	Reserved	CapPtr
0x38	Reserved
0x3C	Max_Latency1 RO(cs)	Min_Grant1 RO(cs)	Interrupt Pin RO(cs)	Interrupt Line

其中，使用者需要配置的寄存器主要包括為以下兩個：

1、  Command Register（RW）

2、  Base Address Register

以下來自王齊老師的書：

(1) Device ID和Vendor ID寄存器

這兩個寄存器的值由PCISIG配置設定，隻讀。其中Vendor ID代表PCI裝置的生産廠商，而Device ID代表這個廠商所生産的具體裝置。如Intel公司的基于82571EB晶片的系列網卡，其Vendor ID為0x8086[1]，而Device ID為0x105E[2]。

(2) Revision ID和Class Code寄存器

這兩個寄存器隻讀。其中Revision ID寄存器記載PCI裝置的版本号。該寄存器可以被認為是Device ID寄存器的擴充。

(3) Header Type寄存器

該寄存器隻讀，由8位組成。

第7位為1表示目前PCI裝置是多功能裝置，為0表示為單功能裝置。

第6~0位表示目前配置空間的類型，為0表示該裝置使用PCI Agent裝置的配置空間，普通PCI裝置都使用這種配置頭；為1表示使用PCI橋的配置空間，PCI橋使用這種配置頭；為2表示使用Cardbus橋片的配置空間，Card Bus橋片使用這種配置頭，本篇對這類配置頭不感興趣。

系統軟體需要使用該寄存器區分不同類型的PCI配置空間，該寄存器的初始化必須與PCI裝置的實際情況對應，而且必須為一個合法值。

(4) Cache Line Size寄存器

該寄存器記錄HOST處理器使用的Cache行長度。在PCI總線中和Cache相關的總線事務，如存儲器寫并無效和Cache多行讀等總線事務需要使用這個寄存器。值得注意的是，該寄存器由系統軟體設定，但是在PCI裝置的運作過程中，隻有其硬體邏輯才會使用該寄存器，比如PCI裝置的硬體邏輯需要得知處理器系統Cache行的大小，才能進行存儲器寫并無效總線事務，單行讀和多行讀總線事務。

如果PCI裝置不支援與Cache相關的總線事務，系統軟體可以不設定該寄存器，此時該寄存器為初始值0x00。對于PCIe裝置，該寄存器的值無意義，因為PCIe裝置在進行資料傳送時，在其封包中含有一次資料傳送的大小，PCIe總線控制器可以使用這個“大小”，判斷資料區域與Cache行的對應關系。

(5) Subsystem ID和Subsystem Vendor ID寄存器

這兩個寄存器和DeviceID和Vendor ID類似，也是記錄PCI裝置的生産廠商和裝置名稱。但是這兩個寄存器和Device ID與Vendor ID寄存器略有不同。下文以一個執行個體說明Subsystem ID和Subsystem Vendor ID的用途。

Xilinx公司在FGPA中內建了一個PCIe總線接口的IP核，即LogiCORE。使用者可以使用LogiCORE設計各種各樣基于PCIe總線的裝置，但是這些裝置的Device ID都是0x10EE，而Vendor ID為0x0007[3]。

(6) Expansion ROM base address寄存器

有些PCI裝置在處理器還沒有運作作業系統之前，就需要完成基本的初始化設定，比如顯示卡、鍵錯誤!超連結引用無效。盤和硬碟等裝置。為了實作這個“預先執行”功能，PCI裝置需要提供一段ROM程式，而處理器在初始化過程中将運作這段ROM程式，初始化這些PCI裝置。Expansion ROM base address記載這段ROM程式的基位址。

(7) Capabilities Pointer寄存器

在PCI裝置中，該寄存器是可選的，但是在PCI-X和PCIe裝置中必須支援這個寄存器，Capabilities Pointer寄存器存放Capabilities寄存器組的基位址，PCI裝置使用Capabilities寄存器組存放一些與PCI裝置相關的擴充配置資訊。該組寄存器的詳細說明見第4.3節。

(8) Interrupt Line寄存器

這個寄存器是系統軟體對PCI裝置進行配置時寫入的，該寄存器記錄目前PCI裝置使用的中斷向量号，裝置驅動程式可以通過這個寄存器，判斷目前PCI裝置使用處理器系統中的哪個中斷向量号，并将驅動程式的中斷服務例程注冊到作業系統中[4]。

該寄存器由系統軟體初始化，其儲存的值與8259A中斷控制器相關，該寄存器的值也是由PCI裝置與8259A中斷控制器的連接配接關系決定的。如果在一個處理器系統中，沒有使用8259A中斷控制器管理PCI裝置的中斷，則該寄存器中的資料并沒有意義。

在多數PowerPC處理器系統中，并不使用8259A中斷控制器管理PCI裝置的中斷請求，是以該寄存器沒有意義。即使在x86處理器系統中，如果使用I/O APIC中斷控制器，該寄存器儲存的内容仍然無效。目前在絕大多數處理器系統中，并沒有使用該寄存器存放PCI裝置使用的中斷向量号。

(9) Interrupt Pin寄存器

這個寄存器儲存PCI裝置使用的中斷引腳，PCI總線提供了四個中斷引腳INTA#、INTB#、INTC#和INTD#。Interrupt Pin寄存器為1時表示使用INTA#引腳向中斷控制器送出中斷請求，為2表示使用INTB#，為3表示使用INTC#，為4表示使用INTD#。

如果PCI裝置隻有一個子裝置時，該裝置隻能使用INTA#；如果有多個子裝置時，可以使用INTB~D#信号。如果PCI裝置不使用這些中斷引腳，向處理器送出中斷請求時，該寄存器的值必須為0。值得注意的是，雖然在PCIe裝置中并不含有INTA~D#信号，但是依然可以使用該寄存器，因為PCIe裝置可以使用INTx中斷消息，模拟PCI裝置的INTA~D#信号，詳見第6.3.4節。

(10) Base Address Register 0~5寄存器

該組寄存器簡稱為BAR寄存器，BAR寄存器儲存PCI裝置使用的位址空間的基位址，該基位址儲存的是該裝置在PCI總線域中的位址。其中每一個裝置最多可以有6個基址空間，但多數裝置不會使用這麼多組位址空間。

在PCI裝置複位之後，該寄存器将存放PCI裝置需要使用的基址空間大小，這段空間是I/O空間還是存儲器空間[5]，如果是存儲器空間該空間是否可預取，有關PCI總線預讀機制的詳細說明見第3.4.5節。

系統軟體對PCI總線進行配置時，首先獲得BAR寄存器中的初始化資訊，之後根據處理器系統的配置，将合理的基位址寫入相應的BAR寄存器中。系統軟體還可以使用該寄存器，獲得PCI裝置使用的BAR空間的長度，其方法是向BAR寄存器寫入0xFFFF-FFFF，之後再讀取該寄存器。

處理器通路PCI裝置的BAR空間時，需要使用BAR寄存器提供的基位址。值得注意的是，處理器使用存儲器域的位址，而BAR寄存器存放PCI總線域的位址。是以處理器系統并不能直接使用“BAR寄存器+偏移”的方式通路PCI裝置的寄存器空間，而需要将PCI總線域的位址轉換為存儲器域的位址。

如果x86處理器系統使能了IOMMU後，這兩個位址也并不一定相等，是以處理器系統直接使用這個PCI總線域的實體位址，并不能確定通路PCI裝置的BAR空間的正确性。除此之外在Linux系統中，ioremap函數的輸入參數為存儲器域的實體位址，而不能使用PCI總線域的實體位址。

而在pci_devàresource[bar].start參數中儲存的位址已經經過PCI總線域到存儲器域的位址轉換，是以在編寫Linux系統的裝置驅動程式時，需要使用pci_devàresource[bar].start參數中的實體位址，然後再經過ioremap函數将實體位址轉換為“存儲器域”的虛拟位址。

(11) Command寄存器（bring up的時候需要注意？？？？）

該寄存器為PCI裝置的指令寄存器，該寄存器在初始化時，其值為0，此時這個PCI裝置除了能夠接收配置請求總線事務之外，不能接收任何存儲器或者I/O請求。系統軟體需要合理設定該寄存器之後，才能通路該裝置的存儲器或者I/O空間。在Linux系統中，裝置驅動程式調用pci_enable_device函數，使能該寄存器的I/O和Memory Space位之後，才能通路該裝置的存儲器或者I/O位址空間。

(12) Status寄存器

該寄存器的絕大多數位都是隻讀位，儲存PCI裝置的狀态。

(13) Latency Timer寄存器

在PCI總線中，多個裝置共享同一條總線帶寬。該寄存器用來控制PCI裝置占用PCI總線的時間，當PCI裝置獲得總線使用權，并使能Frame#信号後，Latency Timer寄存器将遞減，當該寄存器歸零後，該裝置将使用逾時機制停止[6]對目前總線的使用。

如果目前總線事務為MemeoryWrite and Invalidate時，需要保證對一個完整Cache行的操作結束後才能停止目前總線事務。對于多數PCI裝置而言，該寄存器的值為32或者64，以保證一次突發傳送的基本機關為一個Cache行。

PCIe裝置不需要使用該寄存器，該寄存器的值必須為0。因為PCIe總線的仲裁方法與PCI總線不同，使用的連接配接方法也與PCI總線不同。