PCIPCIe硬件相关知识
PCI/PCIe硬件相关知识
Linux下PCI驱动实现(硬件篇)
首先要说明一点，由于作者对内核也不是完全熟悉，所以做内核编程时喜欢猜测，即根据对内核的了解去猜测内核会怎么做，文章有部分内核行为是作者自己猜测，如有错误，欢迎批评指正。
1.PCI历史
PCI协议经历
ISA (Industry Standard Architecture)
MCA (Micro Channel Architecture)
EISA (Extended Industry Standard Architecture)
VLB (VESA Local Bus)
PCI (Peripheral Component Interconnect)
PCI-X (Peripheral Component Interconnect eXtended)
AGP (Accelerated Graphics Port)
PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express)
发展史，技术发展是为了解决当前问题，这里的问题就是传输速度，盗用知乎上老狼的一张图
可以看到主频的增加促进了传输速度的增加，主频的增加会带来另一个问题，那就是相互间的干扰，PCI设备是并行通信，频率增加，各条线路不可避免就会互相干扰，于是PCIe诞生了，PCIe是串行通信。关于PCIe在以后的章节介绍，本篇文章只考虑PCI协议。
2.PCI总线
一颗典型的PCI总线树如图（还是盗用老狼的图）：
熟悉总线模型的同学应该都了解这种拓朴结构，及一个根总线，总线挂接设备或者子总线，当然子总线需要桥（bridge）连接。这种结构限制我们在总线上找一个设备时，需要指定总线号及设备号。
3.PCI协议简介
PCI有三种地址空间：I/O空间、内存空间、配置空间。其中I/O空间和内存空间由设备驱动使用，也就是驱动可以对这两类空间进行数据读写。而配置空间由Linux PCI初始化代码使用。
系统启动之后调用PCI初始化，读取配置空间，然后初始化PCI设备，具体的配置空间如下，
配置空间共有64byte大小，Vender ID是厂家ID，这个编号需要向PCI SIG组织申请当然如果自己做也可以，只是不被国际认可，Device ID是厂家自定义的设备号，这两个寄存器的值会在设备枚举过程中被内核抓取，并以此来甄选驱动；Status，设备状态字，百度之后并没有资料详细介绍每一个bit的作用，查找Linux源码，找到如下字段：
#define PCI_STATUS 0x06 /* 16 bits */
#define PCI_STATUS_INTERRUPT 0x08 /* Interrupt status */
#define PCI_STATUS_CAP_LIST 0x10 /* Support Capability List */
#define PCI_STATUS_66MHZ 0x20 /* Support 66 MHz PCI 2.1 bus */
#define PCI_STATUS_UDF 0x40 /* Support User Definable Features [obsolete] */
#define PCI_STATUS_FAST_BACK 0x80 /* Accept fast-back to back */
#define PCI_STATUS_PARITY 0x100 /* Detected parity error */
#define PCI_STATUS_DEVSEL_MASK 0x600 /* DEVSEL timing */
#define PCI_STATUS_DEVSEL_FAST 0x000
#define PCI_STATUS_DEVSEL_MEDIUM 0x200
#define PCI_STATUS_DEVSEL_SLOW 0x400
#define PCI_STATUS_SIG_TARGET_ABORT 0x800 /* Set on target abort */
#define PCI_STATUS_REC_TARGET_ABORT 0x1000 /* Master ack of " */
#define PCI_STATUS_REC_MASTER_ABORT 0x2000 /* Set on master abort */
#define PCI_STATUS_SIG_SYSTEM_ERROR 0x4000 /* Set when we drive SERR */
#define PCI_STATUS_DETECTED_PARITY 0x8000 /* Set on parity error */源码里的解释一目了然，这里就不多说了。HeaderType表示设备类型是PCI设备还是PCI桥。下面详细说明一下Base Address Registers简称BAR。
Base Address Registers：有三种功能，1.决定PCI设备映射方式，分别是IO和Memory映射。2.决定映射空间大小。3.存储映射基地址。
内存映射如图：
bit0为只读，且值为0，
bit2-bit1：00表示映射成32位地址，10表示映射成64位地址。
bit3：表示是否支持预读，1:支持 0：不支持
I/O映射如下图，
Bit0：为只读，且值为1，
Bit1：Reserved
当系统上电初始化之后，步骤如下
给BAR全部写1，这样具有可写属性的位被置1。
读出BAR的值，并clear 上图中特殊编码的值，(IO 中bit0，bit1， memory中bit0-3)。
将读出来的值加1，得到的值就是内存空间大小
网上搜到的说法是，如果需要1MB的空间，就设置为高12位可读写，bit20-4为只读且为0。
按照我自己的理解，高12位 + 只读位(20-4+1) + 特殊位(4位) = 33，也就是网上说法是错误的，不可能有33位2进制位，正确的设置应该是：
高12位 + 只读位(19-4+1) + 特殊位(4位)，按照规则进行位运算正好是1MB。
BAR的第三个功能，存储基地址，当内核读取到所有PCI的BAR需要的地址大小之后，动态分配映射地址，并将地址写入BAR寄存器，读取BAR寄存器的值即是数据地址。
那么如何读取BAR寄存器的值呢，在i386中只需要往寄存器0xCF8中写地址，再去0xCFC中读数据即可。如何写呢，盗用别人的一张图如下：
bit31置1，bit30-bit24：保留，bit23-bit16：即第2节说的总线号，bit15-bit11：总线分配给具体设备的设备号，这样就找到的具体的物理设备，bit10-bit8：逻辑号，也就是说一个物理设备可以有多个逻辑设备，及一个物理设备有多个功能(一般都将此设置为0)，bit7-bit2：寄存器号，这样就找到了我们需要读取的BAR。
那总线号和设备号怎么得到呢，这个在linux系统里会保存到代表具体设备的结构体变量里。
到这里作者还有个疑问，因为做过数字电路设计的人都知道，所谓通信无非就是数据线，地址线，控制线三类，然后先控制信号，然后地址信号，再数据信号，这是现代总线通信的基本模型。在PCI通信里这个模型怎么实现的呢。先看一张引脚连接图：
主要看左边，右边是64位扩展，有兴趣的同学可以了解下，有32位数据地址总线AD[31:00]，4位控制总线C/BE[3::0]，还有一些Interface Control控制线。
来看看写时序图：
首先了解一下命令控制脚C/BE# ：
