PCI总线与接口技术-电子工程世界

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简单地探讨PCI配置空间，PCI ROM，以及PCI BIOS的调用。

1、PCI总线的发展历史

1990年，起源于Intel架构开发实验室，全称是Peripheral Component Interconnect，首先在服务器中使用，代替了原来的MCA以及EISA，EISA直到2000年才宣告退出历史舞台。直到1994年，才开始在PC上广泛使用，代替了原来的VESA。在1995年的中期，苹果电脑也开始使用PCI总线电气规范。后来PCI也增加了许多新的功能，比如66MHz，3.3V标准，以及133MHz的PCI-X。2004年，出现了PCI-Express，原来的PCI总线电气规范被称为了传统PCI（Conventional PCI）。

2、PCI总线地址空间

独立的内存以及IO接口，由软件分配。而另外一个地址空间-PCI配置空间（PCI Configuration Space），使用独立的地址，允许软件决定每一个连入的设备需要多少内存以及IO地址空间。通过设备配置空间寄存器的设置，每一个设备至多可以申请6个内存以及IO地址空间。PCI配置空间还包括了连入设备的相关信息，根据这些信息，操作系统可以方便地使用相应的驱动来使用这些设备。为了使PCI总线公平地使用PCI总线，提供了一种等待计时的功能，计时器在设备获得了总线使用权时以PCI时钟信号的速率开始计时，直到减为零，设备释放总线占有权。

3、关于PCI的中断

四个中断，属于电平触发方式（边沿触发方式的中断容易丢失）。单功能设备只是使用INTA#，多功能设备使用多个中断。四个中断通过PCI桥（两个PCI总线之间）映射到系统中断上，所以软件无从得知是那个PCI中断。后来的PCI加入了消息信号中断的机制，PCI-Express使用的也是消息信号中断机制，而没有物理中断线。

4、PCI电气规范

PCI卡的尺寸，长度为174.63mm，高度为36.068~106.68mm。一下是一幅PCI个引脚定义的图。

5、PCI设备的初始化

机器上电的时候，配置软件必须扫描PCI总线，确定有哪些PCI设备，然后加载相应的驱动程序。所有PCI设备都必须实现PCI协议规定必须的配置寄存器。而对PCI配置访问实际上就是访问设备的配置寄存器。

6、PCI配置空间

配置空间各项数据说明：

厂商识别码（Vendor ID）：标识设备的制造者，有PCI SIG来分配。0FFFH表示未配置任何设备。

设备识别码（Device ID）：标识特定的设备，具体代码由厂商分配。

版本ID，Revision ID：指定一个设备特有的版本号。

Class Code（分类代码）：用于设备分类。0BH处为基本分类代码；0A处为子分类代码；09H处为标识一个专用的寄存器级编程接口，便于设备的软件可以与设备交互数据。

命令寄存器（Command）：为发出和响应PCI总线命令提供了对设备粗略的控制。

状态寄存器（Status）：用于记录PCI总线有关操作的状态信息，系统对该寄存器的读操作无特殊要求。

基地址寄存器（Base Address Registers）：供地址映射使用，使PCI的IO映射以及内存映射与具体设备无关。

扩展ROM的基地址寄存器（Expansion ROM Base Address）：用来处理那些配置了局部EPROM或者Flash ROM的基地址和大小。Cache大小寄存器：用来指定系统中Cache行的长度，每个参加Cache协议的设备都要使用该寄存器。

延时计时器：该寄存器以PCI总线时钟为单位指定PCI总线主设备的延迟计时器。

内含自测寄存器：可选的寄存器，用作内含自测试的控制与状态寄存器。

中断引脚寄存器（Interrupt Pin）：用来表示设备使用了哪个PCI中断引脚。

中断线寄存器（Interrupt Line）：用来表示设备中的中断引脚与系统可编程控制器8259的哪个中断输入线相连接。

MAX_GNT表示设备需要多长的突发传输时间。MAX_LAT表示对PCI总线进行访问的频繁程度。

Card CIS Pointer：由在卡总线和PCI之间共享芯片的设备实现。

子系统厂商标识和子系统标识（Subsystem Vendor ID）：用于惟一地标识设备所驻留的插入卡和子系统。即插即用操作系统可以定位正确的驱动程序，装载到存储器。

7、PCI扩展ROM

通过执行扩展ROM存放的代码来完成与设备相关的初始化，同时也可能完成系统引导功能。该机制允许扩展ROM中含有几个不同的映像，以适应不同的机器和处理器结构。

凡是支持扩展ROM的设备，必须支持按任意字节组合方式对ROM进行访问，特别强调的是要支持双字（DWORD）访问。扩展ROM中的信息安排要与现有的适合于ISA和EISA以及MC适配器的Intel X86扩展ROM中的头标区兼容。头标区中所给信息经过了扩充，从而使适配器的功能进一步优化使用，从而可以使扩展ROM中的代码在运行期间所使用的存储空间最小。

PCI扩展ROM中代码从不在原地执行，而是将代码从ROM中拷贝到RAM中执行。这样可以在初始化和运行时动态地确定代码长度，并且能够改善代码的执行速度。

PCI对于不同的系统和处理器配置都应该包含其编码映像。每个映像由ROM首区（映像开始处）+数据配置区（映像的第64KB范围内）组成。

ROM首区内容

偏移	长度	值	说明
00H~01H	2	55AAH	ROM标签字节
02H~17H	22	XX	保留
18H~19H	2	XX	到PCI数据结构指针

数据配置区

偏移量	长度	说明	偏移量	长度	说明
00H~03H	4	标签，字符串"PCID"	0DH~0FH	3	分类代码
04H~05H	2	供应商识别码	10H~11H	2	映像长度
06H~07H	2	设备识别码	12H~13H	2	代码数据的修改级别
08H~09H	2	对重要产品数据的指针	14H~14H	1	代码类型
0AH~0BH	2	PCI数据结构长度	15H~15H	1	指示标志
0CH~0CH	1	PCI数据结构修改	16H~17H	2	保留

8、关于PCI设备的初始化

系统POST首先检查PCI设备在配置空间是否使用了扩展ROM基地址寄存器（即是否有扩展ROM），若使用了，POST将ROM映射到地址空间中一个未用的部分。

9、PCI BIOS

其主要作用有以下两点：

为应用软件或者PCI总线设备或者板卡提供服务调用。
初始化每个系统PCI设备。PCI BIOS轮流查询每个PCI插槽，查找存在的PCI设备，读取存在设备配置空间的头标区，以决定设备的厂商号，类型和存储需求等内容。并且将分配的I/O或存储空间地址回写到每个设备配置空间的基地址寄存器中。
PCI BIOS调用的入口以及返回值说明，对80x86机器，调用功能号为1AH，入口参数在AX中，返回值在AH中。下面列举的是比较常用的，更多说明请参考PCI BIOS规则说明书。

功能说明	入口参数（AX）	返回值说明	出口参数（AH）
PCI BIOS存在查询	B101H	成功调用	00H
查找PCI 设备	B102H	不支持的功能	81H
查找PCI 设备的类代码	B103H	错误的厂商号	83H
产生特殊周期	B106H	未找到设备	86H
读配置寄存器-单字节操作	B108H	错误的寄存器号	87H
读配置寄存器-单字操作	B109H	设置失败	88H
读配置寄存器-双字操作	B10AH	缓冲区太小	89H
写配置寄存器-单字操作	B10BH
写配置寄存器-单字节操作	B10CH
写配置寄存器-双字节操作	B10DH
取得中断线路选项	B10EH
设置PCI中断	B10FH

下面是一个关于通过PCI BIOS调用读PCI配置寄存器的例子：
1. .386
2. ;FUNCTION CODE
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. ;RETURN CODE
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. SSTACK SEGMENT STACK PARA USE16
49. DW 64 DUP(?)
50. SSTACK ENDS
52. DATA SEGMENT PARA USE16
53. MES DB ' PCI CARD NOT FOUND! $'
54. MES0 DB '***********************PCI CONFIG INFO*****************************',13,10,'$'
55. MES1 DB 'PCI BIOS NOT FOUND!',10,13,'$'
56. MES2 DB ' PCI CONFIG READ ERROR! $'
57. MES3 DB ' Vendor Identification: 10E8$'
58. MES4 DB ' Device Identification: 5933$'
59. MES5 DB ' PCI Command Register: $'
60. MES6 DB ' PCI Status Register: $'
61. MES7 DB ' Revision Identification Register: $'
62. MES8 DB ' Class Code Register: $'
63. MES9 DB ' Cache Line Size Register: $'
64. MES10 DB ' Master Latency Timer: $'
65. MES11 DB ' Header Type: $'
66. MES12 DB ' Built-in Self-test: $'
67. MES13 DB ' Base Address Register0: $'
68. MES14 DB ' Base Address Register1: $'
69. MES15 DB ' Base Address Register2: $'
70. MES16 DB ' Base Address Register3: $'
71. MES17 DB ' Base Address Register4: $'
72. MES18 DB ' Base Address Register5: $'
73. MES19 DB ' Expansion Rom Base Address: $'
74. MES20 DB ' Interrupt Line: $'
75. MES21 DB ' Interrupt Pin: $'
76. MES22 DB ' Minimum Grant: $'
77. MES23 DB ' Maximum Latency: $'
79. BN DB ?
80. DN_FN DB ?
81. R_VALUE DD ?
82. V_VID DW ?
83. V_DID DW ?
84. V_PCICMD DW ?
85. V_PCISTS DW ?
86. V_RID DB ?
87. V_CLCD DD ?
88. V_CALN DB ?
89. V_LAT DB ?
90. V_HDR DB ?
91. V_BIST DB ?
92. V_BADR0 DD ?
93. V_BADR1 DD ?
94. V_BADR2 DD ?
95. V_BADR3 DD ?
96. V_BADR4 DD ?
97. V_BADR5 DD ?
98. V_EXPOM DD ?
99. V_INTLN DB ?
100. V_INTPIN DB ?
101. V_MINGNT DB ?
102. V_MAXLAT DB ?
103. DATA ENDS
105. CODE SEGMENT PARA USE16
106. ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:SSTACK
108. START: MOV AX,DATA
109. MOV DS,AX
111. MOV AX,0B101H ;查找PCI BIOS
112. INT 1AH
114. JNC JUDGE1 ;如果CF被置位,则PCI BIOS不存在
115. MOV DX,OFFSET MES1 ;显示不存在信息
116. MOV AH,09H
117. INT 21H
118. JMP EXIT
120. JUDGE1: CMP AH,00H
121. JZ JUDGE2 ;如果不等,则PCI BIOS 不存在
122. MOV DX,OFFSET MES1 ;显示不存在信息
123. MOV AH,09H
124. INT 21H
125. JMP EXIT
127. JUDGE2: CMP EDX,' ICP' ;如果EDX中放的是"PCI "则说明PCI BIOS存在
128. JZ FIND
129. MOV DX,OFFSET MES1 ;否则错误的设备
130. MOV AH,09H
131. INT 21H
132. JMP EXIT
134. FIND: MOV AX,0B102H ;找到了PCI BIOS,再查找指定PCI设备
135. MOV CX,5933H ;板卡的设备的ID
136. MOV DX,10E8H ;板卡的供应商ID
137. MOV SI,0 ;索引
138. INT 1AH
139. JNC READ
141. MOV DX,OFFSET MES
142. MOV AH,09H
143. INT 21H
144. JMP EXIT
146. READ: MOV BN,BH ;保存总线号
147. MOV DN_FN,BL ;保存设备号
149. CALL KENTER ;回车换行
150. MOV DX,OFFSET MES0
151. MOV AH,09H
152. INT 21H
154. CALL KENTER ;回车换行
155. MOV DX,OFFSET MES3 ;输出供应厂商ID
156. MOV AH,09H
157. INT 21H
159. CALL KENTER
160. MOV DX,OFFSET MES4 ;输出设备的ID
161. MOV AH,09H
162. INT 21H
164. CALL KENTER
165. MOV AX,0B109H ;读命令寄存器，单字操作
166. MOV BH,BN
167. MOV BL,DN_FN
168. MOV DI,PCICMD
169. INT 1AH
170. JC ERROR
171. MOV DX,OFFSET MES5 ;显示PCI命令寄存器内容
172. MOV AH,09H
173. INT 21H
174. MOV AX,02H
175. CALL SHOW
177. CALL KENTER
178. MOV AX,0B109H ;读PCI状态寄存器内容，单字操作
179. MOV BH,BN
180. MOV BL,DN_FN
181. MOV DI,PCISTS
182. INT 1AH
183. JC ERROR
184. MOV DX,OFFSET MES6 ;显示状态寄存器内容
185. MOV AH,09H
186. INT 21H
187. MOV AX,02H
188. CALL SHOW
190. CALL KENTER
191. MOV AX,0B108H ;版本号，单字节操作
192. MOV BH,BN
193. MOV BL,DN_FN
194. MOV DI,RID
195. INT 1AH
196. JC ERROR
197. MOV DX,OFFSET MES7 ;显示版本号
198. MOV AH,09H
199. INT 21H
200. MOV AX,01H
201. CALL SHOW
203. CALL KENTER
204. MOV AX,0B108H ;读中断引脚信号，单字节操作
205. MOV BH,BN
206. MOV BL,DN_FN
207. MOV DI,INTLN
208. INT 1AH
209. JC ERROR
210. MOV DX,OFFSET MES20 ;显示中断引脚
211. MOV AH,09H
212. INT 21H
213. MOV AX,01H
214. CALL SHOW
216. CALL KENTER
217. MOV AX,0B10AH ;读配置寄存器，双字操作
218. MOV BH,BN ;PCI设备的总线号
219. MOV BL,DN_FN ;设备以及功能号，入口参数
220. MOV DI,BADR0
221. INT 1AH
222. JC ERROR
223. MOV DX,OFFSET MES13 ;基址寄存器0
224. MOV AH,09H
225. INT 21H
226. MOV AX,04H
227. CALL SHOW
229. CALL KENTER
230. MOV AX,0B10AH ;读配置寄存器，双字操作
231. MOV BH,BN ;PCI设备的总线号
232. MOV BL,DN_FN ;设备及功能号，入口参数
233. MOV DI,BADR1
234. INT 1AH
235. JC ERROR
236. PUSH ECX
237. MOV DX,OFFSET MES14 ;基址寄存器1
238. MOV AH,09H
239. INT 21H
240. MOV AX,04H
241. POP ECX
242. CALL SHOW
244. CALL KENTER
245. MOV AX,0B10AH ;读配置寄存器，双字操作
246. MOV BH,BN ;PCI设备的总线号
247. MOV BL,DN_FN ;设备及功能号，入口参数
248. MOV DI,BADR2
249. INT 1AH
250. JC ERROR
251. MOV DX,OFFSET MES15 ;基地址寄存器2
252. MOV AH,09H
253. INT 21H
254. MOV AX,04H
255. CALL SHOW
257. CALL KENTER
258. MOV AX,0B10AH ;读配置寄存器，双字操作
259. MOV BH,BN ;PCI设备的总线号
260. MOV BL,DN_FN ;设备及功能号，入口参数
261. MOV DI,BADR3
262. INT 1AH
263. JC ERROR
264. MOV DX,OFFSET MES16 ;基地址寄存器3
265. MOV AH,09H
266. INT 21H
267. MOV AX,04H
268. CALL SHOW
270. CALL KENTER
271. MOV AX,0B10AH ;读配置寄存器，双字操作
272. MOV BH,BN ;PCI设备的总线号
273. MOV BL,DN_FN ;设备及功能号，入口参数
274. MOV DI,BADR4
275. INT 1AH
276. JC ERROR
277. MOV DX,OFFSET MES17 ;基地址寄存器4
278. MOV AH,09H
279. INT 21H
280. MOV AX,04H
281. CALL SHOW
283. JMP EXIT
284. ERROR: CALL KENTER
285. MOV DX,OFFSET MES2 ;显示读错误信息
286. MOV AH,09H
287. INT 21H
288. EXIT: MOV AH,4CH ;返回DOS
289. INT 21H
291. KENTER PROC
292. MOV DL,0AH
293. MOV AH,02H
294. INT 21H
295. MOV DL,0DH
296. MOV AH,02H
297. INT 21H
298. RET
299. KENTER ENDP
301. SHOW PROC NEAR ;显示子程序
302. PUSH DX
303. PUSH DI
304. PUSH BX
305. MOV DI,OFFSET R_VALUE
306. MOV [DI],ECX ;保存获取的数据
307. ADD DI,AX
308. DEC DI
309. MOV CX,AX
310. C1: MOV AL,[DI]
311. PUSH AX
312. SHR AL,4
313. AND AL,0FH ;取高4位
314. CMP AL,0AH ;是否是A以上的数
315. JB C2
316. ADD AL,07H
317. C2: ADD AL,30H
318. MOV BH,AL
319. POP AX
320. AND AL,0FH ;取低4位
321. CMP AL,0AH
322. JB C3
323. ADD AL,07H
324. C3: ADD AL,30H
325. MOV BL,AL
327. MOV AH,2 ;显示十六进制数对应的ACSII码
328. MOV DL,BH
329. INT 21H
330. MOV DL,BL
331. INT 21H
332. DEC DI
333. LOOP C1
334. POP BX
335. POP DI
336. POP DX
337. RET
338. SHOW ENDP
339. CODE ENDS
340. END START

关键字：PCI总线接口技术引用地址：PCI总线与接口技术

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