通路PCIe配置空間using Intel Chipsets
目前用于通路PCIe配置空間寄存器的方法需要追溯到原始的PCI規範。為了發起PCI總線配置周期，Intel實作的PCI規範使用IO空間的CF8h和CFCh來分别作為索引和資料寄存器，這種方法可以通路所有PCI裝置的255 bytes配置寄存器。Intel Chipsets目前仍然支援這種通路PCI配置空間的方法。
PCIe規範在PCI規範的基礎上，将配置空間擴充到4K bytes，至于為什麼擴充到4K，具體可以參考PCIe規範，這些功能都需要配置空間。原來的CF8/CFC方法仍然可以通路所有PCIe裝置配置空間的頭255 bytes，但是該方法通路不了剩下的（4K-255）配置空間。怎麼辦呢？Intel提供了另外一種PCIe配置空間通路方法。Intel Chipset通過将配置空間映射到記憶體位址空間，PCIe配置空間可以像對映射範圍内的記憶體進行read/write一樣來通路了。這種映射是由北橋晶片來完成的，但是不同晶片的映射方式也是不同的。
1、CF8h/CFCH Method
Intel Chipsets使用IO空間的CF8h/CFCh位址來通路PCI裝置的配置寄存器，該方法同樣可以通路PCIe裝置的頭255配置寄存器。
為了對已知PCI裝置發起一個PCI總線配置周期，軟體必須執行以下步驟：
- PCI裝置的總線号必須被填寫到IO位址CF8h的[23:16] bits
- PCI裝置的裝置号必須被填寫到IO位址CF8h的[15:11] bits
- PCI裝置的功能号必須被填寫到IO位址CF8h的[10:8] bits
- 需要通路的寄存器雙字位址必須被填寫到IO位址CF8h的[7:2] bits
- CF8h的最高位為配置位，該位必須設定為1
- 對于寫操作，将裝置的特定資訊組合成一個雙字（4bytes)後，寫到CFCh位址
- 對于讀操作，将裝置的特定資訊組合成一個雙字後，把資料從CFCh讀回來
當執行6或者7步驟時，相應的PCI配置read/write cycle被Created by Intel Chipset，并在需要時傳遞到整個系統。在步驟4配置需要讀寫的寄存器位址時，該空間隻有6位，也就說隻有64個位址可寫，但是PCI配置空間不是256嗎？别急，記得是雙字位址，一個Dword=4 bytes，也就是說4 * 64 = 256，剛好，不是嗎？
2、Memory Mapped Method
PCIe規範為每個PCIe裝置添加了更多的配置寄存器，空間為4K，盡管CF8h/CFCh方法仍然能夠通路lower 255 bytes，但是必須提供另外一種方法來通路剩下的4K range寄存器。Intel的解決方案是使用了預留256MB記憶體位址空間，對這段記憶體的任何通路都會發起PCI 配置cycle。但是為什麼是256MB???聽我慢慢解釋給大家聽：猶豫4K的配置空間是directly mapped to memory的，那麼PCIe規範必須保證所有的PCIe裝置的配置空間占用不同的記憶體位址，按照PCIe規範，支援最多256個buses，每個Bus支援最多32個PCI devices，每個device支援最多8個function,也就是說：占用記憶體的最大值為：256 * 32 * 8 * 4K = 256MB。
這段256MB的記憶體區将根據intel chipset的不同，可以映射到系統記憶體映射範圍内的任何位置，一般北橋晶片都會有一個寄存器來指明PCI配置空間的記憶體映射位址，它叫PCIe Configuration Register Base Address Register (BAR)，如下圖：
當軟體通路指定PCIe裝置的配置寄存器時，必須正确計算該寄存器映射到記憶體的具體位址，那麼怎麼計算呢，參考上圖我們可以知道，busNo=0,deviceNo=0,funcNo=0的位址剛好是BAR，一條總線占用的最大空間計算如下：
SIZE_PER_BUS = 4K * 32 * 8 = 256K = 1M = 100000h
SIZE_PER_DEVICE = 4K * 8 = 8000h
SIZE_PER_FUNC = 4K = 1000h
通路總線号為busNo，裝置号為DevNo，功能号為funcNo的offset寄存器的計算公式是：
Memory Address = PCIe Configuration Register Base Address Register (BAR)
+ busNo * SIZE_PER_BUS
+ devNo * SIZE_PER_DEVICE
+ funcNo * SIZE_PER_FUNC
+ offset
For example, to access the following configuration register:
• PCI Express Configuration Register F0000000h
• Bus Number 15h
• Device Number 00h
• Function Number 05h
• Register Offset 84h
Memory Address = F0000000h + 15h * 100000h + 00h * 8000h + 05h * 1000h + 84h
= F1505084h
現在我們可以從已知的busNo，devNo，funcNo和offset來計算映射後的記憶體位址，那麼反過來，給定的記憶體位址，我們想知道這個位址的busNo, devNo, funcNo和offset資訊，可以嗎？當然可以，計算公式如下：
busNo = (Memory Address - BAR) / SIZE_PER_BUS;
devNo = (Memory Address - BAR - busNo * SIZE_PER_BUS) / SIZE_PER_DEVICE;
funcNo = (Memory Address - BAR - busNo * SIZE_PER_BUS
- devNo * SIZE_PER_DEVICE) / SIZE _PER_FUNC;
offset = Memory Address - BAR - busNo * SIZE_PER_BUS - devNo * SIZE_PER_DEVICE
- funcNo * SIZE_PER_FUNC;
又或offset = Memory Address & 0x0FFFh;（為什麼是0x0FFFh?自己想想啦）
想起來了麼？是以PCIe的配置空間大小就是4K啊。
3、晶片組的異同
上面說的BAR，也就是PCI配置空間寄存器映射到記憶體的基位址寄存器，在intel chipset中的實作方式也千差萬别。在前期的intel chipset中，該寄存器被包含在晶片組（MCH ,GMCH)的記憶體控制器部分。
另外，由于被PCIe配置空間占用的256M記憶體空間會屏蔽掉DRAM使用該段記憶體區，大部分的Intel Chipset允許BIOS來配置該空間大小，是以在實際應用中，一般就應用前面幾個總線号，BIOS通過檢測PCIe總線的擴充深度來動态設定該映射記憶體區的大小，比如PM965晶片組，如果配置軟體檢測系統使用不大于64的總線号，那麼該軟體将程式設計記憶體映射大小為64M，剩下的(256M-64M = 192M)留給DRAM。
4、PCIe配置空間的記憶體映射對32bit系統的影響
由于PCIe配置空間占用了256M記憶體空間，而且該被占用空間對DRAM來說是不可用的，這意味着256M空間消失于系統記憶體，這在32bit系統中更為明顯。
比如，在32 bit WINxp中，理論上可以通路到的記憶體是4G，如果4G空間都被DRAM給占用，由于PCIe的存在，被PCIe占用的那部分記憶體空間對OS來說是不可用的，莫名的消失了最多256M記憶體，這也是大部分Intel Chipset允許BIOS來配置該空間大小的原因。
在64 bit 系統中，不存在這個問題，因為系統可以通路超過4G的記憶體空間，Intel Chipset會包含控制邏輯把該PCIe的記憶體映射到above 4G，這樣跟DRAM就沒有沖突。在64bit系統中，不可能使用2的64次方的記憶體吧。哈哈，總會沒有使用到的記憶體空間。
5、通路PCIe配置空間的C轉換代碼
//**********************************************************************
unsigned long PCIeBase = 0xF0000000UL;
unsigned long FinalAddress;
unsigned long Bus = 0;
unsigned long Device = 0;
unsigned long Function = 0;
unsigned long Register = 0;
//**********************************************************************
void Convert_to_Memory()
{
FinalAddress = PCIeBase +
(Bus*0x100000UL) +
(Device*0x8000) +
(Function*0x1000) +
Register;
}
//**********************************************************************
void Convert_to_Register()
{
Bus = (FinalAddress-PCIeBase) / (0x100000UL);
Device = (FinalAddress-PCIeBase - (Bus*0x100000UL)) / (0x8000);
Function = (FinalAddress-PCIeBase - (Bus*0x100000UL) -
(Device*0x8000)) / (0x1000);
Register = (FinalAddress) & (0x00000FFF)
}
以上是參考Intel文檔chipsets-pcie-config-reg-paper.pdf并根據自己的了解記錄下來的，若有錯誤的地方，請各位原諒。