PCI總線(xiàn)與接口技術(shù)

1、PCI總線(xiàn)的發(fā)展歷史

1990年，起源于Intel架構開(kāi)發(fā)實(shí)驗室，全稱(chēng)是Peripheral Component Interconnect，首先在服務(wù)器中使用，代替了原來(lái)的MCA以及EISA，EISA直到2000年才宣告退出歷史舞臺。直到1994年，才開(kāi)始在PC上廣泛使用，代替了原來(lái)的VESA。在1995年的中期，蘋(píng)果電腦也開(kāi)始使用PCI總線(xiàn)電氣規范。后來(lái)PCI也增加了許多新的功能，比如66MHz，3.3V標準，以及133MHz的PCI-X。2004年，出現了PCI-Express，原來(lái)的PCI總線(xiàn)電氣規范被稱(chēng)為了傳統PCI（Conventional PCI）。

2、PCI總線(xiàn)地址空間

獨立的內存以及IO接口，由軟件分配。而另外一個(gè)地址空間-PCI配置空間（PCI Configuration Space），使用獨立的地址，允許軟件決定每一個(gè)連入的設備需要多少內存以及IO地址空間。通過(guò)設備配置空間寄存器的設置，每一個(gè)設備至多可以申請6個(gè)內存以及IO地址空間。PCI配置空間還包括了連入設備的相關(guān)信息，根據這些信息，操作系統可以方便地使用相應的驅動(dòng)來(lái)使用這些設備。為了使PCI總線(xiàn)公平地使用PCI總線(xiàn)，提供了一種等待計時(shí)的功能，計時(shí)器在設備獲得了總線(xiàn)使用權時(shí)以PCI時(shí)鐘信號的速率開(kāi)始計時(shí)，直到減為零，設備釋放總線(xiàn)占有權。

3、關(guān)于PCI的中斷

四個(gè)中斷，屬于電平觸發(fā)方式（邊沿觸發(fā)方式的中斷容易丟失）。單功能設備只是使用INTA#，多功能設備使用多個(gè)中斷。四個(gè)中斷通過(guò)PCI橋（兩個(gè)PCI總線(xiàn)之間）映射到系統中斷上，所以軟件無(wú)從得知是那個(gè)PCI中斷。后來(lái)的PCI加入了消息信號中斷的機制，PCI-Express使用的也是消息信號中斷機制，而沒(méi)有物理中斷線(xiàn)。

4、PCI電氣規范

PCI卡的尺寸，長(cháng)度為174.63mm，高度為36.068~106.68mm。一下是一幅PCI個(gè)引腳定義的圖。

5、PCI設備的初始化

機器上電的時(shí)候，配置軟件必須掃描PCI總線(xiàn)，確定有哪些PCI設備，然后加載相應的驅動(dòng)程序。所有PCI設備都必須實(shí)現PCI協(xié)議規定必須的配置寄存器。而對PCI配置訪(fǎng)問(wèn)實(shí)際上就是訪(fǎng)問(wèn)設備的配置寄存器。

6、PCI配置空間

配置空間各項數據說(shuō)明：

廠(chǎng)商識別碼（Vendor ID）：標識設備的制造者，有PCI SIG來(lái)分配。0FFFH表示未配置任何設備。

設備識別碼（Device ID）：標識特定的設備，具體代碼由廠(chǎng)商分配。

版本ID，Revision ID：指定一個(gè)設備特有的版本號。

Class Code（分類(lèi)代碼）：用于設備分類(lèi)。0BH處為基本分類(lèi)代碼；0A處為子分類(lèi)代碼；09H處為標識一個(gè)專(zhuān)用的寄存器級編程接口，便于設備的軟件可以與設備交互數據。

命令寄存器（Command）：為發(fā)出和響應PCI總線(xiàn)命令提供了對設備粗略的控制。

狀態(tài)寄存器（Status）：用于記錄PCI總線(xiàn)有關(guān)操作的狀態(tài)信息，系統對該寄存器的讀操作無(wú)特殊要求。

基地址寄存器（Base Address Registers）：供地址映射使用，使PCI的IO映射以及內存映射與具體設備無(wú)關(guān)。

擴展ROM的基地址寄存器（Expansion ROM Base Address）：用來(lái)處理那些配置了局部EPROM或者Flash ROM的基地址和大小。Cache大小寄存器：用來(lái)指定系統中Cache行的長(cháng)度，每個(gè)參加Cache協(xié)議的設備都要使用該寄存器。

延時(shí)計時(shí)器：該寄存器以PCI總線(xiàn)時(shí)鐘為單位指定PCI總線(xiàn)主設備的延遲計時(shí)器。

內含自測寄存器：可選的寄存器，用作內含自測試的控制與狀態(tài)寄存器。

中斷引腳寄存器（Interrupt Pin）：用來(lái)表示設備使用了哪個(gè)PCI中斷引腳。

中斷線(xiàn)寄存器（Interrupt Line）：用來(lái)表示設備中的中斷引腳與系統可編程控制器8259的哪個(gè)中斷輸入線(xiàn)相連接。

MAX_GNT表示設備需要多長(cháng)的突發(fā)傳輸時(shí)間。MAX_LAT表示對PCI總線(xiàn)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的頻繁程度。

Card CIS Pointer：由在卡總線(xiàn)和PCI之間共享芯片的設備實(shí)現。

子系統廠(chǎng)商標識和子系統標識（Subsystem Vendor ID）：用于惟一地標識設備所駐留的插入卡和子系統。即插即用操作系統可以定位正確的驅動(dòng)程序，裝載到存儲器。

7、PCI擴展ROM

通過(guò)執行擴展ROM存放的代碼來(lái)完成與設備相關(guān)的初始化，同時(shí)也可能完成系統引導功能。該機制允許擴展ROM中含有幾個(gè)不同的映像，以適應不同的機器和處理器結構。

凡是支持擴展ROM的設備，必須支持按任意字節組合方式對ROM進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，特別強調的是要支持雙字（DWORD）訪(fǎng)問(wèn)。擴展ROM中的信息安排要與現有的適合于ISA和EISA以及MC適配器的Intel X86擴展ROM中的頭標區兼容。頭標區中所給信息經(jīng)過(guò)了擴充，從而使適配器的功能進(jìn)一步優(yōu)化使用，從而可以使擴展ROM中的代碼在運行期間所使用的存儲空間最小。

PCI擴展ROM中代碼從不在原地執行，而是將代碼從ROM中拷貝到RAM中執行。這樣可以在初始化和運行時(shí)動(dòng)態(tài)地確定代碼長(cháng)度，并且能夠改善代碼的執行速度。

PCI對于不同的系統和處理器配置都應該包含其編碼映像。每個(gè)映像由ROM首區（映像開(kāi)始處）+數據配置區（映像的第64KB范圍內）組成。

ROM首區內容

數據配置區

8、關(guān)于PCI設備的初始化

系統POST首先檢查PCI設備在配置空間是否使用了擴展ROM基地址寄存器（即是否有擴展ROM），若使用了，POST將ROM映射到地址空間中一個(gè)未用的部分。

9、PCI BIOS

其主要作用有以下兩點(diǎn)：

• 為應用軟件或者PCI總線(xiàn)設備或者板卡提供服務(wù)調用。
• 初始化每個(gè)系統PCI設備。PCI BIOS輪流查詢(xún)每個(gè)PCI插槽，查找存在的PCI設備，讀取存在設備配置空間的頭標區，以決定設備的廠(chǎng)商號，類(lèi)型和存儲需求等內容。并且將分配的I/O或存儲空間地址回寫(xiě)到每個(gè)設備配置空間的基地址寄存器中。
• PCI BIOS調用的入口以及返回值說(shuō)明，對80x86機器，調用功能號為1AH，入口參數在A(yíng)X中，返回值在A(yíng)H中。下面列舉的是比較常用的，更多說(shuō)明請參考PCI BIOS規則說(shuō)明書(shū)。

• 下面是一個(gè)關(guān)于通過(guò)PCI BIOS調用讀PCI配置寄存器的例子：
• 1. .386
  2. ;FUNCTIONCODE
  3. PCI_FUNCTION_ID=0B1H
  4. PCI_BIOS_PRESENT=01H
  5. FIND_PCI_DEVICE=02H
  6. FIND_PCI_CLASS_CODE=03H
  7. GENERATE_SPECIAL_CYCLE=06H
  8. READ_CONFIG_BYTE=08H
  9. READ_CONFIG_WORD=09H
  10. READ_CONFIG_DWORD=0AH
  11. WRITE_CONFIG_BYTE=0BH
  12. WRITE_CONFIG_WORD=0CH
  13. WRITE_CONFIG_DWORD=0DH
  14. GET_IRQ_ROUTING_OPTIONS=0EH
  15. SET_PCI_IRQ=0FH
  16. ;RETURNCODE
  17. SUCCESSFUL=00H
  18. FUNC_NOT_SUPPORTED=81H
  19. BAD_VENDOR_ID=83H
  20. DEVICE_NOT_FOUND=86H
  21. BAD_REGISTER_NUMBER=87H
  22. SET_FAILED=88H
  23. BUFFER_TOO_SMALL=89H
  25. VID=0H
  26. DID=2H
  27. PCICMD=4H
  28. PCISTS=6H
  29. RID=8H
  30. CLCD=9H
  31. CALN=0CH
  32. LAT=0DH
  33. HDR=0EH
  34. BIST=0FH
  35. BADR0=10H
  36. BADR1=14H
  37. BADR2=18H
  38. BADR3=1CH
  39. BADR4=20H
  40. BADR5=24H
  41. EXPOM=30H
  42. INTLN=3CH
  43. INTPIN=3DH
  44. MINGNT=3EH
  45. MAXLAT=3FH
  48. SSTACKSEGMENTSTACKPARAUSE16
  49. DW64DUP(?)
  50. SSTACKENDS
  52. DATASEGMENTPARAUSE16
  53. MESDBPCICARDNOTFOUND!$
  54. MES0DB***********************PCICONFIGINFO*****************************,13,10,$
  55. MES1DBPCIBIOSNOTFOUND!,10,13,$
  56. MES2DBPCICONFIGREADERROR!$
  57. MES3DBVendorIdentification:10E8$
  58. MES4DBDeviceIdentification:5933$
  59. MES5DBPCICommandRegister:$
  60. MES6DBPCIStatusRegister:$
  61. MES7DBRevisionIdentificationRegister:$
  62. MES8DBClassCodeRegister:$
  63. MES9DBCacheLineSizeRegister:$
  64. MES10DBMasterLatencyTimer:$
  65. MES11DBHeaderType:$
  66. MES12DBBuilt-inSelf-test:$
  67. MES13DBBaseAddressRegister0:$
  68. MES14DBBaseAddressRegister1:$
  69. MES15DBBaseAddressRegister2:$
  70. MES16DBBaseAddressRegister3:$
  71. MES17DBBaseAddressRegister4:$
  72. MES18DBBaseAddressRegister5:$
  73. MES19DBExpansionRomBaseAddress:$
  74. MES20DBInterruptLine:$
  75. MES21DBInterruptPin:$
  76. MES22DBMinimumGrant:$
  77. MES23DBMaximumLatency:$
  79. BNDB?
  80. DN_FNDB?
  81. R_VALUEDD?
  82. V_VIDDW?
  83. V_DIDDW?
  84. V_PCICMDDW?
  85. V_PCISTSDW?
  86. V_RIDDB?
  87. V_CLCDDD?
  88. V_CALNDB?
  89. V_LATDB?
  90. V_HDRDB?
  91. V_BISTDB?
  92. V_BADR0DD?
  93. V_BADR1DD?
  94. V_BADR2DD?
  95. V_BADR3DD?
  96. V_BADR4DD?
  97. V_BADR5DD?
  98. V_EXPOMDD?
  99. V_INTLNDB?
  100. V_INTPINDB?
  101. V_MINGNTDB?
  102. V_MAXLATDB?
  103. DATAENDS
  105. CODESEGMENTPARAUSE16
  106. ASSUMECS:CODE,DS:DATA,SS:SSTACK
  108. START:MOVAX,DATA
  109. MOVDS,AX
  111. MOVAX,0B101H;查找PCIBIOS
  112. INT1AH
  114. JNCJUDGE1;如果CF被置位,則PCIBIOS不存在
  115. MOVDX,OFFSETMES1;顯示不存在信息
  116. MOVAH,09H
  117. INT21H
  118. JMPEXIT
  120. JUDGE1:CMPAH,00H
  121. JZJUDGE2;如果不等,則PCIBIOS不存在
  122. MOVDX,OFFSETMES1;顯示不存在信息
  123. MOVAH,09H
  124. INT21H
  125. JMPEXIT
  127. JUDGE2:CMPEDX,ICP;如果EDX中放的是"PCI"則說(shuō)明PCIBIOS存在
  128. JZFIND
  129. MOVDX,OFFSETMES1;否則錯誤的設備
  130. MOVAH,09H
  131. INT21H
  132. JMPEXIT
  134. FIND:MOVAX,0B102H;找到了PCIBIOS,再查找指定PCI設備
  135. MOVCX,5933H;板卡的設備的ID
  136. MOVDX,10E8H;板卡的供應商ID
  137. MOVSI,0;索引
  138. INT1AH
  139. JNCREAD
  141. MOVDX,OFFSETMES
  142. MOVAH,09H
  143. INT21H
  144. JMPEXIT
  146. READ:MOVBN,BH;保存總線(xiàn)號
  147. MOVDN_FN,BL;保存設備號
  149. CALLKENTER;回車(chē)換行
  150. MOVDX,OFFSETMES0
  151. MOVAH,09H
  152. INT21H
  154. CALLKENTER;回車(chē)換行
  155. MOVDX,OFFSETMES3;輸出供應廠(chǎng)商ID
  156. MOVAH,09H
  157. INT21H
  159. CALLKENTER
  160. MOVDX,OFFSETMES4;輸出設備的ID
  161. MOVAH,09H
  162. INT21H
  164. CALLKENTER
  165. MOVAX,0B109H;讀命令寄存器，單字操作
  166. MOVBH,BN
  167. MOVBL,DN_FN
  168. MOVDI,PCICMD
  169. INT1AH
  170. JCERROR
  171. MOVDX,OFFSETMES5;顯示PCI命令寄存器內容
  172. MOVAH,09H
  173. INT21H
  174. MOVAX,02H
  175. CALLSHOW
  177. CALLKENTER
  178. MOVAX,0B109H;讀PCI狀態(tài)寄存器內容，單字操作
  179. MOVBH,BN
  180. MOVBL,DN_FN
  181. MOVDI,PCISTS
  182. INT1AH
  183. JCERROR
  184. MOVDX,OFFSETMES6;顯示狀態(tài)寄存器內容
  185. MOVAH,09H
  186. INT21H
  187. MOVAX,02H
  188. CALLSHOW
  190. CALLKENTER
  191. MOVAX,0B108H;版本號，單字節操作
  192. MOVBH,BN
  193. MOVBL,DN_FN
  194. MOVDI,RID
  195. INT1AH
  196. JCERROR
  197. MOVDX,OFFSETMES7;顯示版本號
  198. MOVAH,09H
  199. INT21H
  200. MOVAX,01H
  201. CALLSHOW
  203. CALLKENTER
  204. MOVAX,0B108H;讀中斷引腳信號，單字節操作
  205. MOVBH,BN
  206. MOVBL,DN_FN
  207. MOVDI,INTLN
  208. INT1AH
  209. JCERROR
  210. MOVDX,OFFSETMES20;顯示中斷引腳
  211. MOVAH,09H
  212. INT21H
  213. MOVAX,01H
  214. CALLSHOW
  216. CALLKENTER
  217. MOVAX,0B10AH;讀配置寄存器，雙字操作
  218. MOVBH,BN;PCI設備的總線(xiàn)號
  219. MOVBL,DN_FN;設備以及功能號，入口參數
  220. MOVDI,BADR0
  221. INT1AH
  222. JCERROR
  223. MOVDX,OFFSETMES13;基址寄存器0
  224. MOVAH,09H
  225. INT21H
  226. MOVAX,04H
  227. CALLSHOW
  229. CALLKENTER
  230. MOVAX,0B10AH;讀配置寄存器，雙字操作
  231. MOVBH,BN;PCI設備的總線(xiàn)號
  232. MOVBL,DN_FN;設備及功能號，入口參數
  233. MOVDI,BADR1
  234. INT1AH
  235. JCERROR
  236. PUSHECX
  237. MOVDX,OFFSETMES14;基址寄存器1
  238. MOVAH,09H
  239. INT21H
  240. MOVAX,04H
  241. POPECX
  242. CALLSHOW
  244. CALLKENTER
  245. MOVAX,0B10AH;讀配置寄存器，雙字操作
  246. MOVBH,BN;PCI設備的總線(xiàn)號
  247. MOVBL,DN_FN;設備及功能號，入口參數
  248. MOVDI,BADR2
  249. INT1AH
  250. JCERROR
  251. MOVDX,OFFSETMES15;基地址寄存器2
  252. MOVAH,09H
  253. INT21H
  254. MOVAX,04H
  255. CALLSHOW
  257. CALLKENTER
  258. MOVAX,0B10AH;讀配置寄存器，雙字操作
  259. MOVBH,BN;PCI設備的總線(xiàn)號
  260. MOVBL,DN_FN;設備及功能號，入口參數
  261. MOVDI,BADR3
  262. INT1AH
  263. JCERROR
  264. MOVDX,OFFSETMES16;基地址寄存器3
  265. MOVAH,09H
  266. INT21H
  267. MOVAX,04H
  268. CALLSHOW
  270. CALLKENTER
  271. MOVAX,0B10AH;讀配置寄存器，雙字操作
  272. MOVBH,BN;PCI設備的總線(xiàn)號
  273. MOVBL,DN_FN;設備及功能號，入口參數
  274. MOVDI,BADR4
  275. INT1AH
  276. JCERROR
  277. MOVDX,OFFSETMES17;基地址寄存器4
  278. MOVAH,09H
  279. INT21H
  280. MOVAX,04H
  281. CALLSHOW
  283. JMPEXIT
  284. ERROR:CALLKENTER
  285. MOVDX,OFFSETMES2;顯示讀錯誤信息
  286. MOVAH,09H
  287. INT21H
  288. EXIT:MOVAH,4CH;返回DOS
  289. INT21H
  291. KENTERPROC
  292. MOVDL,0AH
  293. MOVAH,02H
  294. INT21H
  295. MOVDL,0DH
  296. MOVAH,02H
  297. INT21H
  298. RET
  299. KENTERENDP
  301. SHOWPROCNEAR;顯示子程序
  302. PUSHDX
  303. PUSHDI
  304. PUSHBX
  305. MOVDI,OFFSETR_VALUE
  306. MOV[DI],ECX;保存獲取的數據
  307. ADDDI,AX
  308. DECDI
  309. MOVCX,AX
  310. C1:MOVAL,[DI]
  311. PUSHAX
  312. SHRAL,4
  313. ANDAL,0FH;取高4位
  314. CMPAL,0AH;是否是A以上的數
  315. JBC2
  316. ADDAL,07H
  317. C2:ADDAL,30H
  318. MOVBH,AL
  319. POPAX
  320. ANDAL,0FH;取低4位
  321. CMPAL,0AH
  322. JBC3
  323. ADDAL,07H
  324. C3:ADDAL,30H
  325. MOVBL,AL
  327. MOVAH,2;顯示十六進(jìn)制數對應的ACSII碼
  328. MOVDL,BH
  329. INT21H
  330. MOVDL,BL
  331. INT21H
  332. DECDI
  333. LOOPC1
  334. POPBX
  335. POPDI
  336. POPDX
  337. RET
  338. SHOWENDP
  339. CODEENDS
  340. ENDSTART