PCIE设备扫描的过程

PCIE设备扫描的过程初步理解完PCI总线原则之后，我们接下来正式开始PCIe设备的漫游之旅。从我们按下PC的电源按钮开始，BIOS就接管系统控制权开始工作，它会先进行某些内存和设备的初始化工作（固然，也涉及我们的PCI设备），由于商业上的因素，Phoenix等厂商的BIOS代码需要授权合同，在此，我们以另外一种款开源BIOS（openbios）为例，来剖析BIOS中，我们的PCIe设备是如何被找到以及初始化的。PCI设备的扫描是基于深度优先搜索HYPERLINK\o"算法与数据构造知识库"算法（DFS：DepthFirstSearch)，也就是说，下级分支最多的PCI桥将最先完毕其子设备的扫描。下面我们以图片来具体阐明，ＢＩＯＳ是如何一步步完毕PCI设备扫描的。第一步：PCIHost主桥扫描Bus0上的设备（在一种解决器系统中，普通将与HOST主桥直接相连的PCI总线被命名为PCIBus0），系统首先会忽视Bus0上的D1，D2等不会挂接PCI桥的设备，主桥发现Bridge1后，将Bridge1下面的PCIBus定为Bus1，系统将初始化Bridge1的配备空间，并将该桥的PrimaryBusNumber和SecondaryBusNumber寄存器分别设立成0和1，以表明Bridge1的上游总线是0，下游总线是1，由于还无法拟定Bridge1下挂载设备的具体状况，系统先临时将SubordinateBusNumber设为0xFF。以下图所示：第二步：系统开始扫描Bus1，将会发现Bridge2。系统将Bridge2下面的PCIBus定为Bus2，并将该桥的PrimaryBusNumber和SecondaryBusNumber寄存器分别设立成1和2，和上一步同样临时把Bridge2的SubordinateBusNumber设为0xFF。以下图所示：第三步：系统继续扫描Bus2，将会发现Bridge4。系统将Bridge4下面的PCIBus定为Bus3，并将该桥的PrimaryBusNumber和SecondaryBusNumber寄存器分别设立成2和3，此后系统继续扫描后发现Bus3下面已经没有任何Bridge了，意味着该PCI总线下已经没有任何挂载下游总线了，因此Bridge4的SubordinateBusNumber的值已经能够拟定为3了。以下图所示：第四步：完毕Bus3的扫描后，系统返回到Bus2继续扫描，发现Bus2下面已经没有其它Bridge了。此时Bridge2的SubordinateBusNumber的值也已经能够拟定为3了。以下图所示：第五步：完毕Bus2的扫描后，系统返回到Bus1继续扫描，会发现Bridge3，系统将Bridge3下面的PCIBus定为Bus4。并将Bridge4的PrimaryBusNumber和SecondaryBusNumber寄存器分别设立成1和4，此后系统继续扫描后发现Bus4下面已经没有任何Bridge了，意味着该PCI总线下已经没有挂载任何下游总线了，因此Bridge3的SubordinateBusNumber的值已经能够拟定为4了。以下图所示：第六步：完毕Bus4的扫描后，系统返回到Bus1继续扫描，发现Bus1下面已经没有其它Bridge了。此时Bridge1的SubordinateBusNumber的值已经能够拟定为4，系统返回Bus0继续扫描（Bus0下如果有其它它Bridge，将重复上述的环节进行扫描）。至此，本例中的整个PCI的设备扫描已经完毕了。最后的设备和总线的扫描成果以下图所示。理解了上面PCI设备扫描的大概流程，我们接下来看看Bios代码中具体是如何实现这些扫描的。普通来说，我们能够通过两个寄存器来访问PCI的配备空间（寄存器CONFIG_ADDRESS与CONFIG_DATA），在x86体系下，这两个寄存器分别对应0xCF8和0xCFC端口，对配备空间的访问都是通过对这两个寄存器的读写来实现先。CONFIG_ADDRESS寄存器的具体位构成以下图所示：BusNumber:总线号（8bit)，范畴0--255。DeviceNumber:设备号（5bit)，范畴0--31。FunctionNumber:功效号（3bit)，范畴0--7。RegisterNumber:寄存器号（6bit),范畴0--63（配备空间一共256个字节，分割成64个4字节的寄存器，从0--63编号）。每个PCI设备可根据上图所示的四个信息：BusNumber,DeviceNumber,FunctionNumber，RegisterNumber来进行具体设备的定位并对其配备空间访问。当我们要访问PCI设备的配备空间时，先根据以上格式设立CONFIG_ADDRESS寄存器，然后再读取CONFIG_DATA寄存器即可得到对应的配备空间寄存器的值。因此，BIOS中PCI配备空间的读写能够封装成下面的函数：[cpp]HYPERLINK\o"viewplain"viewplainHYPERLINK\o"copy"copystaticinlineuint32_tpci_config_read32(pci_addrdev,uint8_treg){outl(dev|reg,0xcf8);returninl(0xcfc|reg);}staticinlinevoidpci_config_write32(pci_addrdev,uint8_treg,uint32_tval){outl(dev|reg,0xcf8);outl(val,0xcfc);}总体来说。该BIOS扫描过程中调用以下几个重要的函数：ob_pci_init---->ob_scan_pci_bus---->pci_find_device---->ob_pci_configure下面我们来具体看看代码，首先BIOS执行ob_pci_init(void)函数[cpp]HYPERLINK\o"viewplain"viewplainHYPERLINK\o"copy"copyintob_pci_init(void){intbus;unsignedlongmem_base,io_base;char*path;#ifdefCONFIG_DEBUG_PCIprintk("InitializingPCIdevices...\n");#endif/*bruteforcebusscan*//*FindallPCIbridges*///获取系统指定的memeory与I/O空间的范畴，分派给PCIe设备。mem_base=arch->mem_base;/*I/Oportsunder0x400areusedbydevicesmappedatfixedlocation.*/io_base=arch->io_base+0x400;path=strdup("");/*遍历256条总线*/for(bus=0;bus<0x100;bus++){ob_scan_pci_bus(bus,&mem_base,&io_base,&path);}free(path);return0;}总线扫描具体实现：[cpp]HYPERLINK\o"viewplain"viewplainHYPERLINK\o"copy"copystaticvoidob_scan_pci_bus(intbus,unsignedlong*mem_base,unsignedlong*io_base,char**path){intdevnum,fn,is_multi,vid,did;unsignedinthtype;pci_addraddr;pci_config_tconfig;constpci_dev_t*pci_dev;uint32_tccode;uint8_tclass,subclass,iface,rev;activate_device("/");for(devnum=0;devnum<32;devnum++){is_multi=0;for(fn=0;fn==0||(is_multi&&fn<8);fn++){#ifdefCONFIG_XBOXif(pci_xbox_blacklisted(bus,devnum,fn))continue;#endifaddr=PCI_ADDR(bus,devnum,fn);/*获取设备配备空间地址*/vid=pci_config_read16(addr,PCI_VENDOR_ID);/*获取VendorID*/did=pci_config_read16(addr,PCI_DEVICE_ID);/*获取DeviceID*/if(vid==0xffff||vid==0)continue;ccode=pci_config_read16(addr,PCI_CLASS_DEVICE);class=ccode>>8;subclass=ccode;iface=pci_config_read8(addr,PCI_CLASS_PROG);rev=pci_config_read8(addr,PCI_REVISION_ID);pci_dev=pci_find_device(class,subclass,iface,/*具体设备查找以及初始化*/vid,did);#ifdefCONFIG_DEBUG_PCIprintk("%x:%x.%x-%x:%x-",bus,devnum,fn,vid,did);#endifhtype=pci_config_read8(addr,PCI_HEADER_TYPE);if(fn==0)is_multi=htype&0x80;if(pci_dev==NULL||pci_dev->name==NULL)snprintf(config.path,sizeof(config.path),"%s/pci%x,%x",*path,vid,did);elsesnprintf(config.path,sizeof(config.path),"%s/%s",*path,pci_dev->name);#ifdefCONFIG_DEBUG_PCIprintk("%s-",config.path);#endifconfig.dev=addr&0x00FFFFFF;REGISTER_NAMED_NODE(ob_pci_node,config.path);activate_device(config.path);ob_pci_configure(addr,&config,mem_base,io_base);/*配备设备的配备空间*/ob_pci_add_properties(addr,pci_dev,&config);if(class==PCI_BASE_CLASS_BRIDGE&&(subclass==PCI_SUBCLASS_BRIDGE_HOST||subclass==PCI_SUBCLASS_BRIDGE_PCI)){/*hostorbridge*/free(*path);*path=strdup(config.path);}}}device_end();}具体某条总线上的设备扫描由下列函数实现：[cpp]HYPERLINK\o"viewplain"viewplainHYPERLINK\o"copy"copy<prename="code"class="cpp">constpci_dev_t*pci_find_device(uint8_tclass,uint8_tsubclass,uint8_tiface,uint16_tvendor,uint16_tproduct){int(*config_cb)(constpci_config_t*config);constpci_class_t*pclass;constpci_subclass_t*psubclass;constpci_iface_t*piface;constpci_dev_t*dev;constvoid*private;pci_dev_t*new;constchar*name,*type;name="unknown";type="unknown";config_cb=NULL;private=NULL;if(class==0x00&&subclass==0x01){/*SpecialhackforoldstyleVGAdevices*/class=0x03;subclass=0x00;}elseif(class==0xFF){/*Specialcaseformiscdevices*/dev=misc_pci;gotofind_device;}if(class>(sizeof(pci_classes)/sizeof(pci_class_t))){name="invalidPCIdevice";type="invalid";gotobad_device;}pclass=&pci_classes[class];name=pclass->name;type=pclass->type;for(psubclass=pclass->subc;;psubclass++){if(psubclass->subclass==0xFF)gotobad_device;if(psubclass->subclass==subclass){if(psubclass->name!=NULL)name=psubclass->name;if(psubclass->type!=NULL)type=psubclass->type;if(psubclass->config_cb!=NULL){config_cb=psubclass->config_cb;}if(psubclass->private!=NULL)private=psubclass->private;if(psubclass->iface!=NULL)break;dev=psubclass->devices;gotofind_device;}}for(piface=psubclass->iface;;piface++){if(piface->iface==0xFF){dev=psubclass->devices;break;}if(piface->iface==iface){if(piface->name!=NULL)name=piface->name;if(piface->type!=NULL)type=piface->type;if(piface->config_cb!=NULL){config_cb=piface->config_cb;}if(piface->private!=NULL)private=piface->private;dev=piface->devices;break;}}find_device:if(dev==NULL)gotobad_device;for(;;dev++){if(dev->vendor==0xFFFF&&dev->product==0xFFFF){gotobad_device;}if(dev->vendor==vendor&&dev->product==product){if(dev->name!=NULL)name=dev->name;if(dev->type!=NULL)type=dev->type;if(dev->config_cb!=NULL){config_cb=dev->config_cb;}if(dev->private!=NULL)private=dev->private;new=malloc(sizeof(pci_dev_t));if(new==NULL)returnNULL;new->vendor=vendor;new->product=product;new->type=type;new->name=name;new->model=dev->model;new->compat=dev->compat;new->acells=dev->acells;new->scells=dev->scells;new->icells=dev->icells;new->config_cb=config_cb;new->private=private;returnnew;}}bad_device:printk("Cannotmanage'%s'PCIdevicetype'%s':\n%x%x(%x%x%x)\n",name,type,vendor,product,class,subclass,iface);returnNULL;}配备具体设备的配备空间staticvoidob_pci_configure(pci_addraddr,pci_config_t*config,unsignedlong*mem_base,unsignedlong*io_base){uint32_tsmask,omask,amask,size,reloc,min_align;unsignedlongbase;pci_addrconfig_addr;intreg;uint8_tirq_pin,irq_line;/*配备中断引脚与中断编号*/irq_pin=pci_config_read8(addr,PCI_INTERRUPT_PIN);if(irq_pin){config->irq_pin=irq_pin;irq_pin=(((config->dev>>11)&0x1F)+irq_pin-1)&3;irq_line=arch->irqs[irq_pin];pci_config_write8(addr,PCI_INTERRUPT_LINE,irq_line);config->irq_line=irq_line;}elseconfig->irq_line=-1;/*配备memory空间和I/O空间*/omask=0x00000000;for(reg=0;reg<7;reg++){config->assigned[reg]=0x00000000;config->sizes[reg]=0x00000000;if((omask&0x0000000f)==0x4){/*64bitsmemorymapping*/continue;}if(reg==6)config_addr=PCI_ROM_ADDRESS;elseconfig_addr=PCI_BASE_ADDR_0+reg*4;config->regions[reg]=pci_config_read32(addr,config_addr);/*getregionsize*/pci_config_write32(addr,config_addr,0xffffffff);smask=pci_config_read32(addr,config_addr);if(smask==0x00000000||