PCI 中的base address register

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最近因为工作需要用到pci设备的BAR内容,之前看了没深刻印象,这里整理一下。

 

PCI设备有很好的可配置型和易操作性,这很大方面要归功于其地址空间的可动态分配的特性。而动态分配地址空间就是依赖于BAR(base address register)实现的。

BAR是PCI配置空间中从0x10 到 0x24的6个register,用来定义PCI需要的配置空间大小以及配置PCI设备占用的地址空间。

每个PCI设备在BAR中描述自己需要占用多少地址空间,bios通过所有设备的这些信息构建一张address map,描述系统中资源的分配情况,然后在合理的将地址空间配置给每个PCI设备。这里主要分为几个部分描述:

1. PCI设备占用的地址空间大小:

这个是根据PCI设备的需求而不同的,这个映射空间不同于配置空间,一般想网卡等设备占用较大的地址空间,而一些串口等设备占用较少的地址空间,而我们知道X86中地址空间又MEM和IO两类,因此PCI 的BAR在bit0来表示该设备是映射到memory还是IO,bar的bit0是readonly的,也就是说,设备寄存器是映射到memory还是IO是由设备制造商决定的,其他人无法修改。

下图是BAR寄存器的结构:

PCI 中的base address register(转) - 信念和态度 - 奔向理想
bit0:表示设备寄存器是映射到memory(0)还是IO(1)空间。

bit1:  reserved 0

bit2: 在base adress register for Memory 中0表示32位地址空间,1表示64位地址空间。

bit3:在memory BAR中用来表示该设备是否允许prefetch,1表示可以预取,0表示不可以预区。

其余的bit用来表示设备需要占用的地址空间大小。

BAR通过将某些位设置为只读,且0来表示需要的地址空间大小,比如一个PCI设备需要占用1MB的地址空间,那么这个BAR就需要实现高12bit是可读写的,而20-4bit是只读且位0。地址空间大小的计算方法如下:

a.向BAR寄存器写全1

b.读回寄存器里面的值,然后clear 上图中特殊编码的值,(IO 中bit0,bit1, memory中bit0-3)。

c.对读回来的值去反,加一就得到了该设备需要占用的地址内存空间。

BIOS将系统中所有的PCI设备需要的地址空间大小读出来,然后计算得到一张address map。

bios可以为设备预留大于BAR要求的地址空间,而PCI规范中建议为需要的地址空间少于4KB的设备分配4KB的地址空间。

映射到IO空间的设备每个BAR不能占用大于256byte,在X86系统中IO编址是16位的,此时BAR中的高16bit需要hardware to zero。

2. memory address map构造完成以后需要为设备分配地址空间,此时就是把分配给设备的起始地址写入BAR寄存器即可。

比如上面位一个设备分配1MB的空间,在0xff000000(4GB-16MB)的位置,那么就把0xff000000写入BAR即可。

我们发现PCI这种地址自然地要求位设备分配的地址空间要跟BAR定义的大小对齐,因此PCI设备的映射空间始终是跟BAR的大小对齐的。

 

以上就是一些总结,有些地方可能理解有偏差,没有画图,以后有机会再补上吧~

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作者:bin
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来源:爱影博客
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