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~01H	2	55AAH	ROM标签字节
02H~17H	22	XX	保留
18H~19H	2	XX	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~03H	4	标签，字符串"PCID"	0DH~0FH	3	分类代码
04H~05H	2	供应商识别码	10H~11H	2	映像长度
06H~07H	2	设备识别码	12H~13H	2	代码数据的修改级别
08H~09H	2	对重要产品数据的指针	14H~14H	1	代码类型
0AH~0BH	2	PCI数据结构长度	15H~15H	1	指示标志
0CH~0CH	1	PCI数据结构修改	16H~17H	2	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。
• 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 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
• 参考资料：PCI BIOS Specification http://www-online.kek.jp/~yasu/Parallel-CAMAC/bios21spec.pdf

• http://sunsite.nus.edu.sg/LDP/LDP/tlk/node77.html

  唐都科教32位微机原理及接口教程