一、PCI 设备的配置空间
其中Device ID和Vendor ID是区分不同设备的关键,OS 在很多时候就是通过匹配他们来找到不同的设备驱动(Class Code有时也起一定作用)。
我们重点来了解一下这些Base Address Registers(BAR)。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。
该组寄存器简称为 BAR 寄存器, BAR 寄存器保存 PCI 设备使用的地址空间的基地址,该基地址保存的是该设备在 PCI 总线域中的地址。其中每一个设备最多可以有 6 个基地址空间,但多数设备不会使用这么多组地址空间。
在 PCI 设备复位之后,该寄存器将存放 PCI 设备需要使用的基地址空间大小,这段空间是 I/O 空间还是存储器空间,如果是存储器空间该空间是否可预取,有关 PCI 总线预读机制的详细说明见第 3.4.5 节。
系统软件对 PCI 总线进行配置时,首先获得 BAR 寄存器中的初始化信息,之后根据处理器系统的配置,将合理的基地址写入相应的 BAR 寄存器中。系统软件还可以使用该寄存器,获得 PCI 设备使用的 BAR 空间的长度,其方法是向 BAR 寄存器写入 0xFFFF-FFFF,之后再读取该寄存器。
二、Linux 驱动代码访问 BAR 空间
处理器访问 PCI 设备的 BAR 空间时,需要使用 BAR 寄存器提供的基地址。
值得注意的是,处理器使用存储器域的地址,而 BAR 寄存器存放 PCI 总线域的地址。 因此处理器系统并不能直接使用 “BAR 寄存器 + 偏移” 的方式访问 PCI 设备的寄存器空间,而需要将 PCI 总线域的地址转换为存储器域的地址。
在 Linux 系统中,一个处理器系统使用 BAR 空间的正确方式如下:
#define pci_resource_start(dev, bar) ((dev)->resource[(bar)].start)
pciaddr = pci_resource_start(pdev, 1);
if(!pciaddr)
{
rc = -EIO;
dev_err(&pdev->dev, "no MMIO resource\n");
goto err_out_res;
}
......
regs = ioremap(pciaddr, CP_REGS_SIZE);
在 Linux 系统中,使用 pci_dev->resource[bar].start 参数保存 BAR 寄存器在存储器域的地址。 在编写 Linux 设备驱动程序时,必须使用 pci_resource_start 函数获得 BAR 空间对应的存储器域的物理地址,而不能使用从 BAR 寄存器中读出的地址。
当驱动程序获得 BAR 空间在存储器域的物理地址后,再使用 ioremap 函数将这个物理地址转换为虚拟地址。
Linux 系统直接使用 BAR 空间的方法是不正确的,如下所示:
ret = pci_read_config_dword(pdev, 1, &pciaddr);
if(!pciaddr)
{
rc = -EIO;
dev_err(&pdev->dev, "no MMIO resource\n");
goto err_out_res;
}
......
regs = ioremap(pciaddr, BAR_SIZE);
在 Linux 系统中,使用 pci_read_config_dword 函数获得的是 PCI 总线域的物理地址,在许多处理器系统中,如 Alpha 和 PowerPC 处理器系统,PCI 总线域的物理地址与存储器域的物理地址并不相等。
如果 X86 处理器系统使能了 IOMMU 后,这两个地址也并不一定相等,因此处理器系统直接使用这个 PCI 总线域的物理地址,并不能确保访问 PCI 设备的 BAR 空间的正确性。除此之外在 Linux 系统中,ioremap 函数的输入参数为存储器域的物理地址,而不能使用 PCI 总线域的物理地址。
而在 pci_dev->resource[bar].start 参数中保存的地址已经经过 PCI 总线域到存储器域的地址转换, 因此在编写 Linux 系统的设备驱动程序时,需要使用 pci_dev->resource[bar].start 参数中的物理地址,再用 ioremap 函数将物理地址转换为“存储器域”的虚拟地址。
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