PCI总线与接口技术
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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~01H255AAHROM标签字节
02H~17H22XX保留
18H~19H2XX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~03H4标签,字符串"PCID"0DH~0FH3分类代码
04H~05H2供应商识别码10H~11H2映像长度
06H~07H2设备识别码12H~13H2代码数据的修改级别
08H~09H2对重要产品数据的指针14H~14H1代码类型
0AH~0BH2PCI数据结构长度15H~15H1指示标志
0CH~0CH1PCI数据结构修改16H~17H2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。[!--empirenews.page--]
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:
.386
;FUNCTION CODE
PCI_FUNCTION_ID = 0B1H
PCI_BIOS_PRESENT = 01H
FIND_PCI_DEVICE = 02H
FIND_PCI_CLASS_CODE = 03H
GENERATE_SPECIAL_CYCLE = 06H
READ_CONFIG_BYTE = 08H
READ_CONFIG_WORD = 09H
READ_CONFIG_DWORD = 0AH
WRITE_CONFIG_BYTE = 0BH
WRITE_CONFIG_WORD = 0CH
WRITE_CONFIG_DWORD = 0DH
GET_IRQ_ROUTING_OPTIONS = 0EH
SET_PCI_IRQ = 0FH
;RETURN CODE
SUCCESSFUL = 00H
FUNC_NOT_SUPPORTED = 81H
BAD_VENDOR_ID = 83H
DEVICE_NOT_FOUND = 86H
BAD_REGISTER_NUMBER = 87H
SET_FAILED = 88H
BUFFER_TOO_SMALL = 89H
VID = 0H
DID = 2H
PCICMD = 4H
PCISTS = 6H
RID = 8H
CLCD = 9H
CALN = 0CH
LAT = 0DH
HDR = 0EH
BIST = 0FH
BADR0 = 10H
BADR1 = 14H
BADR2 = 18H
BADR3 = 1CH
BADR4 = 20H
BADR5 = 24H
EXPOM = 30H
INTLN = 3CH
INTPIN = 3DH
MINGNT = 3EH
MAXLAT = 3FH
SSTACK SEGMENT STACK PARA USE16
DW 64 DUP(?)
SSTACK ENDS
DATA SEGMENT PARA USE16
MES DB ‘ PCI CARD NOT FOUND! $‘
MES0 DB ‘***********************PCI CONFIG INFO*****************************‘,13,10,‘$‘
MES1 DB ‘PCI BIOS NOT FOUND!‘,10,13,‘$‘
MES2 DB ‘ PCI CONFIG READ ERROR! $‘
MES3 DB ‘ Vendor Identification: 10E8$‘
MES4 DB ‘ Device Identification: 5933$‘
MES5 DB ‘ PCI Command Register: $‘
MES6 DB ‘ PCI Status Register: $‘
MES7 DB ‘ Revision Identification Register: $‘
MES8 DB ‘ Class Code Register: $‘
MES9 DB ‘ Cache Line Size Register: $‘
MES10 DB ‘ Master Latency Timer: $‘
MES11 DB ‘ Header Type: $‘
MES12 DB ‘ Built-in Self-test: $‘
MES13 DB ‘ Base Address Register0: $‘
MES14 DB ‘ Base Address Register1: $‘
MES15 DB ‘ Base Address Register2: $‘
MES16 DB ‘ Base Address Register3: $‘
MES17 DB ‘ Base Address Register4: $‘
MES18 DB ‘ Base Address Register5: $‘
MES19 DB ‘ Expansion Rom Base Address: $‘
MES20 DB ‘ Interrupt Line: $‘
MES21 DB ‘ Interrupt Pin: $‘
MES22 DB ‘ Minimum Grant: $‘
MES23 DB ‘ Maximum Latency: $‘
BN DB ?
DN_FN DB ?
R_VALUE DD ?
V_VID DW ?
V_DID DW ?
V_PCICMD DW ?
V_PCISTS DW ?
V_RID DB ?
V_CLCD DD ?
V_CALN DB ?
V_LAT DB ?
V_HDR DB ?
V_BIST DB ?
V_BADR0 DD ?
V_BADR1 DD ?
V_BADR2 DD ?
V_BADR3 DD ?
V_BADR4 DD ?
V_BADR5 DD ?
V_EXPOM DD ?
V_INTLN DB ?
V_INTPIN DB ?
V_MINGNT DB ?
V_MAXLAT DB ?
DATA ENDS
CODE SEGMENT PARA USE16
ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:SSTACK
START: MOV AX,DATA
MOV DS,AX
MOV AX,0B101H ;查找PCI BIOS
INT 1AH
JNC JUDGE1 ;如果CF被置位,则PCI BIOS不存在
MOV DX,OFFSET MES1 ;显示不存在信息
MOV AH,09H
INT 21H
JMP EXIT
JUDGE1: CMP AH,00H
JZ JUDGE2 ;如果不等,则PCI BIOS 不存在
MOV DX,OFFSET MES1 ;显示不存在信息
MOV AH,09H
INT 21H
JMP EXIT
JUDGE2: CMP EDX,‘ ICP‘ ;如果EDX中放的是"PCI "则说明PCI BIOS存在
JZ FIND
MOV DX,OFFSET MES1 ;否则错误的设备
MOV AH,09H
INT 21H
JMP EXIT
FIND: MOV AX,0B102H ;找到了PCI BIOS,再查找指定PCI设备
MOV CX,5933H ;板卡的设备的ID
MOV DX,10E8H ;板卡的供应商ID
MOV SI,0 ;索引
INT 1AH
JNC READ
MOV DX,OFFSET MES
MOV AH,09H
INT 21H
JMP EXIT
READ: MOV BN,BH ;保存总线号
MOV DN_FN,BL ;保存设备号
CALL KENTER ;回车换行
MOV DX,OFFSET MES0
MOV AH,09H
INT 21H[!--empirenews.page--]
CALL KENTER ;回车换行
MOV DX,OFFSET MES3 ;输出供应厂商ID
MOV AH,09H
INT 21H
CALL KENTER
MOV DX,OFFSET MES4 ;输出设备的ID
MOV AH,09H
INT 21H
CALL KENTER
MOV AX,0B109H ;读命令寄存器,单字操作
MOV BH,BN
MOV BL,DN_FN
MOV DI,PCICMD
INT 1AH
JC ERROR
MOV DX,OFFSET MES5 ;显示PCI命令寄存器内容
MOV AH,09H
INT 21H
MOV AX,02H
CALL SHOW
CALL KENTER
MOV AX,0B109H ;读PCI状态寄存器内容,单字操作
MOV BH,BN
MOV BL,DN_FN
MOV DI,PCISTS
INT 1AH
JC ERROR
MOV DX,OFFSET MES6 ;显示状态寄存器内容
MOV AH,09H
INT 21H
MOV AX,02H
CALL SHOW
CALL KENTER
MOV AX,0B108H ;版本号,单字节操作
MOV BH,BN
MOV BL,DN_FN
MOV DI,RID
INT 1AH
JC ERROR
MOV DX,OFFSET MES7 ;显示版本号
MOV AH,09H
INT 21H
MOV AX,01H
CALL SHOW
CALL KENTER
MOV AX,0B108H ;读中断引脚信号,单字节操作
MOV BH,BN
MOV BL,DN_FN
MOV DI,INTLN
INT 1AH
JC ERROR
MOV DX,OFFSET MES20 ;显示中断引脚
MOV AH,09H
INT 21H
MOV AX,01H
CALL SHOW
CALL KENTER
MOV AX,0B10AH ;读配置寄存器,双字操作
MOV BH,BN ;PCI设备的总线号
MOV BL,DN_FN ;设备以及功能号,入口参数
MOV DI,BADR0
INT 1AH
JC ERROR
MOV DX,OFFSET MES13 ;基址寄存器0
MOV AH,09H
INT 21H
MOV AX,04H
CALL SHOW
CALL KENTER
MOV AX,0B10AH ;读配置寄存器,双字操作
MOV BH,BN ;PCI设备的总线号
MOV BL,DN_FN ;设备及功能号,入口参数
MOV DI,BADR1
INT 1AH
JC ERROR
PUSH ECX
MOV DX,OFFSET MES14 ;基址寄存器1
MOV AH,09H
INT 21H
MOV AX,04H
POP ECX
CALL SHOW
CALL KENTER
MOV AX,0B10AH ;读配置寄存器,双字操作
MOV BH,BN ;PCI设备的总线号
MOV BL,DN_FN ;设备及功能号,入口参数
MOV DI,BADR2
INT 1AH
JC ERROR
MOV DX,OFFSET MES15 ;基地址寄存器2
MOV AH,09H
INT 21H
MOV AX,04H
CALL SHOW
CALL KENTER
MOV AX,0B10AH ;读配置寄存器,双字操作
MOV BH,BN ;PCI设备的总线号
MOV BL,DN_FN ;设备及功能号,入口参数
MOV DI,BADR3
INT 1AH
JC ERROR
MOV DX,OFFSET MES16 ;基地址寄存器3
MOV AH,09H
INT 21H
MOV AX,04H
CALL SHOW
CALL KENTER
MOV AX,0B10AH ;读配置寄存器,双字操作
MOV BH,BN ;PCI设备的总线号
MOV BL,DN_FN ;设备及功能号,入口参数
MOV DI,BADR4
INT 1AH
JC ERROR
MOV DX,OFFSET MES17 ;基地址寄存器4
MOV AH,09H
INT 21H
MOV AX,04H
CALL SHOW
JMP EXIT
ERROR: CALL KENTER
MOV DX,OFFSET MES2 ;显示读错误信息
MOV AH,09H
INT 21H
EXIT: MOV AH,4CH ;返回DOS
INT 21H
KENTER PROC
MOV DL,0AH
MOV AH,02H
INT 21H
MOV DL,0DH
MOV AH,02H
INT 21H
RET
KENTER ENDP
SHOW PROC NEAR ;显示子程序
PUSH DX
PUSH DI
PUSH BX
MOV DI,OFFSET R_VALUE
MOV [DI],ECX ;保存获取的数据
ADD DI,AX
DEC DI
MOV CX,AX
C1: MOV AL,[DI]
PUSH AX
SHR AL,4
AND AL,0FH ;取高4位
CMP AL,0AH ;是否是A以上的数
JB C2
ADD AL,07H
C2: ADD AL,30H
MOV BH,AL
POP AX
AND AL,0FH ;取低4位
CMP AL,0AH
JB C3
ADD AL,07H
C3: ADD AL,30H
MOV BL,AL
MOV AH,2 ;显示十六进制数对应的ACSII码
MOV DL,BH
INT 21H
MOV DL,BL
INT 21H
DEC DI
LOOP C1
POP BX
POP DI
POP DX
RET
SHOW ENDP
CODE ENDS
END START