《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第I篇 第1章 PCI总线的基本知识（12）

接前一篇文章：《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第I篇 第1章 PCI总线的基本知识（11）

1.3 PCI总线的存储器读写总线事务

1.3.3 HOST处理器访问PCI设备

HOST处理器对PCI设备的数据访问主要包含两方面内容：一方面是处理器向PCI设备发起存储器I/O读写请求；另一方面是处理器对PCI设备进行配置读写。

在PCI设备的配置空间中，共有6个BAR寄存器，每一个BAR寄存器都与PCI设备使用的一组PCI总线地址空间对应，BAR寄存器记录这组地址空间的基地址。本书将与BAR寄存器对应的PCI总线地址空间称为BAR空间，在BAR空间中可以存放I/O地址空间，也可以存放存储器地址空间。

PCI设备可以根据需要，有选择地使用这些BAR空间。值得注意的是，在BAR寄存器中存放的是PCI设备使用的“PCI总线域”的物理地址，而不是“存储器域”的物理地址。

HOST处理器访问PCI设备I/O地址空间的过程，与访问存储器地址空间略有不同。有些处理器（x86处理器），具有独立的I/O地址空间。x86处理器可以将PCI设备使用的I/O地址映射到存储器域的I/O地址空间中；之后处理器可以使用IN、OUT等指令对存储器域的I/O地址进行访问；然后通过HOST主桥将存储器域的I/O地址转换为PCI总线域的I/O地址；最后使用PCI总线的I/O总线事务，对PCI设备的I/O地址进行读写访问。在x86处理器中，存储器域的I/O地址与PCI总线域的I/O地址相同。

而对于那些没有独立I/O地址空间的处理器（如PowerPC处理器），则需要在HOST主桥初始化时，将PCI设备使用的I/O地址空间映射为处理器的存储器地址空间。PowerPC处理器对这段“存储器域”的存储器空间进行读写访问时，HOST主桥将存储器域的这段存储器地址转换为PCI总线域的I/O地址，然后通过PCI总线的I/O总线事务对PCI设备的I/O地址进行读写操作。

在PCI总线中，存储器读写事务与I/O读写事务的实现机制较为类似。首先，HOST处理器初始化时，需要将PCI设备使用的BAR空间映射到“存储器域”的存储器地址空间；之后处理器通过存储器读写指令访问“存储器域”的存储器地址空间，HOST主桥将“存储器域”的读写请求翻译为PCI总线的存储器读写总线事务之后，再发送给目标设备。

值得注意的是存储器域和PCI总线域的概念。PCI设备能够直接使用的地址是PCI总线域的地址，在PCI总线事务中出现的地址也是PCI总线域的地址；而处理器能够直接使用的地址是存储器域的地址。理解存储器域与PCI总线域的区别，对于理解PCI总线至关重要！

以上对PCI总线的存储器域I/O总线事务的介绍并没有考虑PCI桥的存在，如果将PCI桥考虑进来，情况将略微复杂。下面仍以图1-1为例说明处理器如何通过HOST主桥和PCI桥x1对PCI设备进行存储器读写操作。

当处理器对PCI设备11进行存储器写操作时，这些数据需要通过HOST主桥x和PCI桥x1，最终到达PCI设备11。其访问步骤如下（注意，以下步骤忽略PCI总线仲裁过程）：

（0）首先，处理器将要传递的数据放入通用寄存器中；

（1）之后，处理器向PCI设备11映射到的存储器域的地址进行写操作。值得注意的是，处理器并不能直接访问PCI设备11的PCI总线地址空间，因为这些地址空间是属于PCI总线域的，处理器所能直接访问的空间是存储器域的地址空间。处理器必须通过HOST主桥将存储器域的数据访问转换为PCI总线事务，才能对PCI总线地址空间进行访问。

（2）HOST主桥x接收来自处理器的存储器写请求，之后处理器结束当前存储器写操作，释放系统总线。HOST主桥x将存储器的存储地址转换为PCI总线域的PCI总线地址，并向PCI总线x0发起PCI写请求总线事务。值得注意的是，虽然在许多处理器系统中，存储器地址和PCI地址完全相等，但其含义并不相同。

（3）PCI总线x0上的PCI设备01、PCI设备02和PCI桥1将同时监听这个PCI写总线事务。最后，PCI桥x1接收这个写总线事务，并结束来自PCI总线x0的PCI总线事务。之后，PCI桥x1向PCI总线x1发起新的PCI总线写总线事务。

（4）PCI总线x1上的PCI设备11和PCI设备12同时监听这个写总线事务。最后，PCI设备11通过地址译码方式接收这个写总线事务，并结束来自PCI总线x1上的PCI总线事务。

由以上过程可以发现，由于存储器写总线事务使用Posted传送方式，因此数据通过PCI桥后都将结束上一级总线的PCI事务，从而上一级PCI总线可以被其它PCI设备使用。如果使用Non-Posted传送方式，直到数据发送到PCI设备11之后，PCI总线x1和x0才能依次释放，从而在某种程度上将造成PCI总线的拥塞。

本节内容较长，为了便于理解和消化，后一半内容放到下一回中。