pcie内存地址空间/配置地址空间/io地址空间分析

PCIe的内存地址空间、I/O地址空间和配置地址空间

pci设备与其它接口的设备（如i2c设备）最大的不同是存在内存地址空间和配置地址空间，本文分析一下它们的用途。

首先区分一下IO空间和内存空间
cpu会访问的设备一般有内存和外设寄存器，如下图所示。x86架构采用独立编址将内存操作与外设IO操作分开了才有了内存空间和IO空间的区分。x86平台cpu内部对内存和外设寄存器访问的指令也是不同的。arm等其他平台都采用统一编址，不区分内存和外设的访问，我个人觉得这才是合理的。
IO空间：访问外部设备寄存器的地址区域，x86平台为64k
内存空间：访问内存的地址空间，32位平台为4G

pci设备的内存空间是怎么回事呢
常见的设备都只提供寄存器供cpu访问，对于低速外设这样的模式是足够的。但是对于需要大量、高速数据交互的外设就需要引入外设内存空间了。在网卡、显卡这样的pci高速外设中不仅有寄存器还有了一块内存。

pci设备的配置空间和IO空间有什么区别呢
现在我们知道外设内存空间的大概用途了，那配置空间和IO空间不都是外设的寄存器吗，怎么还弄两个名字呢，它们有什么区别呢？
IO空间就和i2c设备的寄存器空间一样，用来获取外设状态、配置外设。
配置空间是一段特殊的IO空间，它的作用是为外设内存空间、IO空间分配物理地址基地址，即配置BAR（Base Address Registers）。这里类似linux对虚拟地址的映射了，但现在分配的却是物理地址。因为外设内部的内存地址都是从0开始编址的，当pci控制器接入多个pci设备时如何确保pci上的内存地址不混乱呢，这就是配置空间的一个作用，配置空间有固定的结构，在pci总线扫描设备时配置好BAR，这样各个pci设备的内存空间和IO空间才可访问，而不至于和其他设备物理地址冲突。
在pci总线之前的ISA总线是使用跳线帽来分配外设的物理地址的，每插入一个新设备都要改变跳线帽以分配物理地址，这是十分麻烦且易错的，但这样的方式似乎我们更容易理解。能够分配自己总线上挂载设备的物理地址这也是PCI总线相较于I2C、SPI等低速总线一个最大的特色。

————————————————

原文链接：https://blog.csdn.net/RadianceBlau/article/details/81608729

基地址寄存器（BAR）在配置空间（Configuration Space）中的位置如下图所示：

blob.png

其中Type0 Header最多有6个BAR，而Type1 Header最多有两个BAR。这就意味着，对于Endpoint来说，最多可以拥有6个不同的地址空间。但是实际应用中基本上不会用到6个，通常1~3个BAR比较常见。

主要注意的是，如果某个设备的BAR没有被全部使用，则对应的BAR应被硬件全被设置为0，并且告知软件这些BAR是不可以操作的。对于被使用的BAR来说，其部分低比特位是不可以被软件操作的，只有其高比特位才可以被软件操作。而这些不可操作的低比特决定了当前BAR支持的操作类型和可申请的地址空间的大小。

一旦BAR的值确定了（Have been programmed），其指定范围内的当前设备中的内部寄存器（或内部存储空间）就可以被访问了。当该设备确认某一个请求（Request）中的地址在自己的BAR的范围内，便会接受这请求。

下面用几个简单的例子来熟悉BAR的机制：

例1. 32-bit Memory Address Space Request

如下图所示，请求一个4KB的NP-MMIO一般需要以下三个步骤：

blob.png

Step1：如图中（1）所示，未初始化的BAR的低比特（11_{4）都是0，高比特（31}12）都是不确定的值。所谓初始化，就是系统（软件）向整个BAR都写1，来确定BAR的可操作的最低位是哪一位。当前可操作的最低位为12，因此当前BAR可申请的（最小）地址空间大小为4KB（2^{12）。如果可操作的最低位为20，则该BAR可申请的（最小）地址空间大小为1MB（2}20）。

Step2：完成初始化（写1操作）之后，软件便开始读取BAR的值，来确定每一个BAR对应的地址空间大小和类型。其中操作的类型一般由最低四位所决定，具体如上图右侧部分所示。

Step3：最后一步是，软件向BAR的高比特写入地址空间的起始地址（Start Address）。如图中所示，为0xF9000000。

例2. 64-bit Memory Address Space Request

下面是一个申请64MB P-MMIO地址空间的例子，由于采用的是64-bit的地址，因此需要两个BAR。具体如下图所示：

blob.png

例3. IO Address Space Request

下面是一个申请IO地址空间的例子，如下图所示：

blob.png

注：需要特别注意的是，软件对BAR的检测与操作（Evaluating）必须是顺序执行的，即先BAR0，然后BAR1，……，直到BAR5。当软件检测到那些被硬件设置为全0的BAR，则认为这个BAR没有被使用。

注：无论是PCI还是PCIe，都没有明确规定，第一个使用的BAR必须是BAR0。事实上，只要设计者原意，完全可以将BAR4作为第一个BAR，并将BAR0~BAR3都设置为不使用。

I/O端口是驱动程序与许多设备之间的通信方式，Linux的内核为我们提供了I/O端口分配的操作接口，但对PCI设备来讲，它的配置地址空间已经为其指定了I/O端口范围，不需要额外的分配操作。

下列代码通过访问I/O内存实现访问设备内存。

unsigned long mmio_start, addr1, addr2;
void __iomem *ioaddr;
mmio_start = pci_resource_start( pdev, 1);//获取bar1的首地址

ioaddr = pci_iomap(pdev, 1, 0); //内核对PCI bar1 内存映射的地址
addr1 = ioread32( ioaddr );
addr2 = ioread32( ioaddr + 4 );
printk(KERN_INFO “mmio start: %lX\n”, mmio_start);
printk(KERN_INFO “ioaddr: %p\n”, ioaddr);
————————————————

原文链接：https://blog.csdn.net/qq_22042587/article/details/78175648