PCI总线与接口技术

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