PCI&PCIE ExpansionOption ROM

1、什么是ExpansionOption ROM？

Expansion rom是pci/pcie设备可选的一个外接的eprom芯片，其中用来存储相应pci设备的初始化代码或者系统启动代码(比如pxe或者pci boot)。BIOS在POST(Power-on Self Test)阶段，会扫描pci设备是否有expansion rom，有的话将其拷贝到ram中执行。在PCI规范中称为expansion rom，在BIOS术语里面称为option rom。

例如，我们系统启动阶段可以看到网卡和LSI SAS芯片的option rom执行过程，显卡也有相应的option rom不过我们在kvm上不好抓住。

2、PCI配置空间关于Expansion ROM的定义：

在pci/pcie设备的配置空间中关于expansion rom的定义在30h寄存器：

关于“Expansion rom base address”寄存器的具体定义细节如下：

bit11-bit31定义expansion rom的映射到memeory空间的高位地址bit11-bit31。bit0表示是否使能expansion rom，1使能为使能，需要注意的是expansion rom和pci其他的bar空间是共享地址解码的，所以一旦使能expansion rom就不能对其他的bar空间进行操作。expansion rom空间大小的计算方法和其他的“base address register”一样，往基址寄存器写全1然后再回读，回读为1的位置即为空间的大小。

软件把“Expansion rom base address”寄存器的基地址配置成相应的memeory空间地址并使能expansion rom以后，就可以对设备的expansion rom进行读访问了。软件将expansion rom中包含的可执行代码拷贝到ram中执行，而不去关于这些可执行代码具体干些什么事情。

3、Expansion ROM的组织结构：

Expansion rom的组织结构有相应的规范。一个可能包含多个rom image，可以支持多个不同类型的pci设备，每种设备也可以支持不同架构cpu的可执行代码。多个image在一个expansion rom芯片中的组织如下图所示，其中每份image的开始地址都是以512bytes对齐的：

一份标准的image由两部分组成：PCI Expansion ROM Header Format和PCI Data Structure Format。具体的格式定义如下图：

4、Expansion ROM的初始化过程：

BIOS的POST阶段，扫描并执行pci设备的expansion的过程大概分以下几步：

a、首先判断pci设备是否实现“Expansion rom base address”寄存器，有则进行下一步判断；
b、如果有实现了expansion的基址寄存器，则配置和使能expansion rom，然后查找expansion rom是否有”AA55”的标示字符，如果有则说明设备有真实的expansion rom芯片存在；
c、如果expansion rom已经存在，则扫描是否有适合本设备和本CPU架构的image代码存在；
d、如果有适合本环境的image代码存在，则把相应的代码拷贝到ram的合适位置，并跳入header format中指定的初始化入口执行；
e、最后关闭expansion rom的使能。
关于image代码的长度有3个概念：一是Image size这部分包括整个image的长度；一是Initialization size，这部分是将expansion rom拷贝到ram中执行，需要拷贝的长度；一是Runtime size，这部分的程序可以驻留在内存中，供运行时系统软件和OS的调用。为了节约常驻代码的对ram的占用，常用的做法是，在init功能执行完成以后，执行代码自己把长度修改为常驻程序需要最少占用的Runtime size。如果不需要常驻程序，直接把Runtime size修改成0。
对应的关系是：Image size >= Initialization size >= Runtime size。相应的组织架构如下图：