PCI總線地址空間與系統(tǒng)地址空間的關(guān)系

1、PCI地址空間

PCI總線具有32位數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線，所以其存儲地址空間為2的32次方=4GB。也就是PCI上的所有設(shè)備共同映射到這4GB上，每個PCI設(shè)備占用唯一的一段PCI地址，以便于PCI總線統(tǒng)一尋址。每個PCI設(shè)備通過PCI寄存器中的基地址寄存器來指定映射的首地址。PCI地址空間對應(yīng)于計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的PCI總線。

2、系統(tǒng)地址空間

如果處理器具有32位的地址總線，其理論可尋址空間為2的32次方=4GB。但這并不意味著內(nèi)存就可以4GB大小，其實(shí)XP系統(tǒng)最大內(nèi)存大約為2GB，這與CPU訪問系統(tǒng)中其它設(shè)備的存儲器方式有關(guān)（比如CPU訪問PCI總線上的存儲器）。

計算機(jī)系統(tǒng)中在不同的物理位置上存在著不同設(shè)備，不同的設(shè)備又各自具有存儲器，那么CPU如何訪問這些存儲器呢？CPU把系統(tǒng)中各個設(shè)備的存儲空間映射到一個統(tǒng)一的存儲空間上，稱為系統(tǒng)存儲空間共4GB，這樣CPU就可以訪問到所有的存儲器。比如PCI存儲器映射到從0xFFF80000開始的地址空間，顯卡映射到0XFFF00000，再加上操作系統(tǒng)會占用一些空間，就只剩下不到2G能真正分配給物理內(nèi)存了。（具體數(shù)值是為解釋需要取的任意值，不代表真實(shí)情況）

系統(tǒng)地址空間對應(yīng)于計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的前端總線（FSB）。

3、PCI總線地址與系統(tǒng)存儲空間轉(zhuǎn)換映射

我們假設(shè)在一個32位處理器中，其存儲器域的0xF000-0000~0xF7FF-FFFF(共128MB)這段物理地址空間與PCI總線的地址空間存在映射關(guān)系。

當(dāng)處理器訪問這段存儲器地址空間時，HOST主橋?qū)J(rèn)領(lǐng)這個存儲器訪問，并將這個存儲器訪問使用的物理地址空間轉(zhuǎn)換為PCI總線地址空間，并與0x7000-0000~0x77FF-FFFF這段PCI總線地址空間對應(yīng)。

為簡化起見，我們假定在存儲器域中只映射了PCI設(shè)備的存儲器地址空間，而不映射PCI設(shè)備的I/O地址空間。而PCI設(shè)備的BAR空間使用0x7000-0000~0x77FF-FFFF這段PCI總線域的存儲器地址空間。

PCI橋的Base、Limit寄存器保存“該橋所管理的PCI子樹”的存儲器或者I/O空間的基地址和長度。值得注意的是，PCI橋也是PCI總線上的一個設(shè)備，在其配置空間中也有BAR寄存器，本節(jié)不對PCI橋BAR寄存器進(jìn)行說明，因?yàn)樵诙鄶?shù)情況下透明橋并不使用其內(nèi)部的BAR寄存器。下文以圖3?2所示的處理器系統(tǒng)為例說明上述寄存器的初始化過程，該處理器系統(tǒng)使用的存儲器域與PCI總線域的映射關(guān)系如圖3?1所示。

注意觀察上圖中PCI設(shè)備的BAR0寄存器值，如果PCI設(shè)備向下級聯(lián)了（相當(dāng)于PCI橋）,BAR0是不變的，而且LIMIT寄存器受PCI未繼續(xù)級聯(lián)（而是直接接了PCI設(shè)備）的BAR0影響。

在PCI設(shè)備的BAR寄存器中，包含該設(shè)備使用的PCI總線域的地址范圍。在PCI設(shè)備的配置空間中共有6個BAR寄存器，因此一個PCI設(shè)備最多可以使用6組32位的PCI總線地址空間，或者3組64位的PCI總線地址空間。這些BAR空間可以保存PCI總線域的存儲器地址空間或者I/O地址空間，目前多數(shù)PCI設(shè)備僅使用存儲器地址空間。而在通常情況下，一個PCI設(shè)備使用2到3個BAR寄存器就足夠了。

為簡化起見，我們首先假定在圖3?2中所示的PCI總線樹中，所有PCI Agent設(shè)備只使用了BAR0寄存器，其申請的數(shù)據(jù)空間大小為16M字節(jié)(即0x1000000字節(jié))而且不可預(yù)讀，而且PCI橋不占用PCI總線地址空間，即PCI橋不含有BAR空間。并且假定當(dāng)前HOST主橋已經(jīng)完成了對PCI總線樹的編號。

根據(jù)以上假設(shè)，系統(tǒng)軟件該P(yáng)CI總線樹的遍歷過程如下所示。

(1)系統(tǒng)軟件根據(jù)DFS算法，系統(tǒng)軟件率先尋找到第一組PCI設(shè)備，分別為PCI設(shè)備31和PCI設(shè)備32[1]，并根據(jù)這兩個PCI設(shè)備需要的PCI空間大小，從PCI總線地址空間中(0x7000-0000~0x77FF-FFFF)為這兩個PCI設(shè)備的BAR0寄存器分配基地址，分別為0x7000-0000和0x7100-0000。

(2)當(dāng)系統(tǒng)軟件完成PCI總線3下所有設(shè)備的BAR空間的分配后，將初始化PCI橋3的配置空間。這個橋片的Memory Base寄存器保存其下所有PCI設(shè)備使用的“PCI總線域地址空間的基地址”，而Memory Limit寄存器保存其下PCI設(shè)備使用的“PCI總線域地址空間的大小”。系統(tǒng)軟件將Memory Base寄存器賦值為0x7000-0000，而將Memory Limit寄存器賦值為0x200-0000。

(3)系統(tǒng)軟件回朔到PCI總線2，并找到PCI總線2上的PCI設(shè)備21，并將PCI設(shè)備21的BAR0寄存器賦值為0x7200-0000。

(4)完成PCI總線2的遍歷后，系統(tǒng)軟件初始化PCI橋2的配置寄存器，將Memory Base寄存器賦值為0x7000-0000，Memory Limit寄存器賦值為0x300-0000。

(5)系統(tǒng)軟件回朔到PCI總線1，并找到PCI設(shè)備11，并將這個設(shè)備的BAR0寄存器賦值為0x7300-0000。并將PCI橋1的Memory Base寄存器賦值為0x7000-0000，Memory Limit寄存器賦值為0x400-0000。

(6)系統(tǒng)軟件回朔到PCI總線0，并在這條總線上發(fā)現(xiàn)另外一個PCI橋，即PCI橋4。并使用DFS算法繼續(xù)遍歷PCI橋4。首先系統(tǒng)軟件將遍歷PCI總線4，并發(fā)現(xiàn)PCI設(shè)備41和PCI設(shè)備42，并將這兩個PCI設(shè)備的BAR0寄存器分別賦值為0x7400-0000和0x7500-0000。

(7)系統(tǒng)軟件初始化PCI橋4的配置寄存器，將Memory Base寄存器賦值為0x7400-0000，Memory Limit寄存器賦值為0x200-0000。系統(tǒng)軟件再次回到PCI總線0，這一次系統(tǒng)軟件沒有發(fā)現(xiàn)新的PCI橋，于是將初始化這條總線上的所有PCI設(shè)備。

(8) PCI總線0上只有一個PCI設(shè)備，PCI設(shè)備01。系統(tǒng)軟件將這個設(shè)備的BAR0寄存器賦值為0x7600-0000，并結(jié)束整個DFS遍歷過程。

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