PCI配置空间简介

一、PCI配置空间简介

PCI有三个相互独立的物理地址空间：设备存储器地址空间、I/O地址空间和配置空间。配置空间是PCI所特有的一个物理空间。由于PCI支持设备即插即用，所以PCI设备不占用固定的内存地址空间或I/O地址空间，而是由操作系统决定其映射的基址。

系统加电时，BIOS检测PCI总线，确定所有连接在PCI总线上的设备以及它们的配置要求，并进行系统配置。所以，所有的PCI设备必须实现配置空间，从而能够实现参数的自动配置，实现真正的即插即用。

PCI总线规范定义的配置空间总长度为256个字节，配置信息按一定的顺序和大小依次存放。前64个字节的配置空间称为配置头，对于所有的设备都一样，配置头的主要功能是用来识别设备、定义主机访问PCI卡的方式（I/O访问或者存储器访问，还有中断信息）。其余的192个字节称为本地配置空间，主要定义卡上局部总线的特性、本地空间基地址及范围等。

PPCI设备有三个空间——内存地址空间、IO地址空间和配置空间。由于PCI支持即插即用，所以PCI设备不是占用固定的内存地址空间或I/O地址空间，而是可以由操作系统决定其映射的基址。怎么配置呢？这就是配置空间的作用。

		DW |    Byte3    |    Byte2    |    Byte1    |     Byte0     | Addr
		---+---------------------------------------------------------+-----
		 0 | 　　　　Device ID 　　　　| 　　　　Vendor ID 　　　　　|　00
		---+---------------------------------------------------------+-----
		 1 | 　　　　　Status　　　　　| 　　　　 Command　　　　　　|　04
		---+---------------------------------------------------------+-----
		 2 | 　　　　　　　Class Code　　　　　　　　|　Revision ID　|　08
		---+---------------------------------------------------------+-----
		 3 | 　　BIST　　| Header Type | Latency Timer | Cache Line  |　0C
		---+---------------------------------------------------------+-----
		 4 | 　　　　　　　　　　Base Address 0　　　　　　　　　　　|　10
		---+---------------------------------------------------------+-----
		 5 | 　　　　　　　　　　Base Address 1　　　　　　　　　　　|　14
		---+---------------------------------------------------------+-----
		 6 | 　　　　　　　　　　Base Address 2　　　　　　　　　　　|　18
		---+---------------------------------------------------------+-----
		 7 | 　　　　　　　　　　Base Address 3　　　　　　　　　　　|　1C
		---+---------------------------------------------------------+-----
		 8 | 　　　　　　　　　　Base Address 4　　　　　　　　　　　|　20
		---+---------------------------------------------------------+-----
		 9 | 　　　　　　　　　　Base Address 5　　　　　　　　　　　|　24
		---+---------------------------------------------------------+-----
		10 | 　　　　　　　　　CardBus CIS pointer　　　　　　　　　 |　28
		---+---------------------------------------------------------+-----
		11 |　　Subsystem Device ID　　| 　　Subsystem Vendor ID　　 |　2C
		---+---------------------------------------------------------+-----
		12 | 　　　　　　　Expansion ROM Base Address　　　　　　　　|　30
		---+---------------------------------------------------------+-----
		13 | 　　　　　　　Reserved(Capability List)　　　　　　　　 |　34
		---+---------------------------------------------------------+-----
		14 | 　　　　　　　　　　　Reserved　　　　　　　　　　　　　|　38
		---+---------------------------------------------------------+-----
		15 | 　Max_Lat　 | 　Min_Gnt　 | 　IRQ Pin　 | 　IRQ Line　　|　3C
		-------------------------------------------------------------------

配置空间中最重要的有：

	Vendor  ID：厂商ID。知名的设备厂商的ID。FFFFh是一个非法厂商ID，可它来判断PCI设备是否存在。
	Device  ID：设备ID。某厂商生产的设备的ID。操作系统就是凭着 Vendor ID和Device ID 找到对应驱动程序的。
	Class Code：类代码。共三字节，分别是 类代码、子类代码、编程接口。类代码不仅用于区分设备类型，还是编程接口的规范，这就是为什么会有通用驱动程序。
	IRQ   Line：IRQ编号。PC机以前是靠两片8259芯片来管理16个硬件中断。现在为了支持对称多处理器，有了APIC（高级可编程中断控制器），它支持管理24个中断。
	IRQ    Pin：中断引脚。PCI有4个中断引脚，该寄存器表明该设备连接的是哪个引脚。

二、如何访问配置空间

　　如何访问配置空间呢？可通过访问CF8h、CFCh端口来实现。
    CF8h: CONFIG_ADDRESS。PCI配置空间地址端口。
    CFCh: CONFIG_DATA。PCI配置空间数据端口。
　　CONFIG_ADDRESS寄存器格式：
        　31　位：Enabled位。
        23:16 位：总线编号。
        15:11 位：设备编号。
        10: 8 位：功能编号。
         7: 2 位：配置空间寄存器编号。
         1: 0 位：恒为“00”。这是因为CF8h、CFCh端口是32位端口。

现在有个难题——CF8h、CFCh端口是32位端口，可像TurboC之类的16位C语言编译器都不支持32位端口访问。怎么办？我们可以使用__emit__在程序中插入机器码。每次都__emit__一下肯定很麻烦，所以我们应该将它封装成函数。代码如下（注意66h是32位指令前缀）：

/* 读32位端口 */
DWORD inpd(int portid)
{
	DWORD dwRet;
	asm mov dx, portid;
	asm lea bx, dwRet;
	__emit__
	(0x66, 0x50,       // push EAX
	0x66, 0xED,        // in EAX,DX
	0x66, 0x89, 0x07,  // mov [BX],EAX
	0x66, 0x58);       // pop EAX
	return dwRet;
}
/* 写32位端口 */
void outpd(int portid, DWORD dwVal)
{
	asm mov dx, portid;
	asm lea bx, dwVal;
	__emit__
	(0x66, 0x50,       // push EAX
	0x66, 0x8B, 0x07,  // mov EAX,[BX]
	0x66, 0xEF,        // out DX,EAX
	0x66, 0x58);       // pop EAX
	return;
}

三、枚举PCI设备

怎么枚举PCI设备呢？我们可以尝试所有的 bus/dev/func 组合，然后判断得到的厂商ID是否为FFFFh。下面这个程序就是使用该方法枚举PCI设备的。同时为了便于分析数据，将每个设备的配置空间信息保存到文件，这样可以慢慢分析。

#include <stdio.h>
#include <conio.h>

typedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned int WORD;
typedef unsigned long DWORD;

/* PCI设备索引。bus/dev/func 共16位，为了方便处理可放在一个WORD中 */
#define PDI_BUS_SHIFT        8
#define PDI_BUS_SIZE         8
#define PDI_BUS_MAX          0xFF
#define PDI_BUS_MASK         0xFF00
#define PDI_DEVICE_SHIFT     3
#define PDI_DEVICE_SIZE      5
#define PDI_DEVICE_MAX       0x1F
#define PDI_DEVICE_MASK      0x00F8
#define PDI_FUNCTION_SHIFT   0
#define PDI_FUNCTION_SIZE    3
#define PDI_FUNCTION_MAX     0x7
#define PDI_FUNCTION_MASK    0x0007
#define MK_PDI(bus,dev,func) (WORD)((bus&PDI_BUS_MAX)<<PDI_BUS_SHIFT | (dev&PDI_DEVICE_MAX)<<PDI_DEVICE_SHIFT | (func&PDI_FUNCTION_MAX) )

/* PCI配置空间寄存器 */
#define PCI_CONFIG_ADDRESS   0xCF8
#define PCI_CONFIG_DATA      0xCFC

/* 填充PCI_CONFIG_ADDRESS */
#define MK_PCICFGADDR(bus,dev,func) (DWORD)(0x80000000L | (DWORD)MK_PDI(bus,dev,func) << 8)

/* 读32位端口 */
DWORD inpd(int portid) 
{
    DWORD dwRet;
    asm mov dx, portid;
    asm lea bx, dwRet;
    __emit__(
    0x66,0x50,      // push EAX
    0x66,0xED,      // in EAX,DX
    0x66,0x89,0x07, // mov [BX],EAX
    0x66,0x58);     // pop EAX
    return dwRet;
}

/* 写32位端口 */
void outpd(int portid, DWORD dwVal)
{
    asm mov dx, portid;
    asm lea bx, dwVal;
    __emit__(
    0x66,0x50,      // push EAX
    0x66,0x8B,0x07, // mov EAX,[BX]
    0x66,0xEF,      // out DX,EAX
    0x66,0x58);     // pop EAX
    return;
}

int main(void)
{
    int bus, dev, func;
    int i;
    DWORD dwAddr;
    DWORD dwData;
    FILE* hF;
    char szFile[0x10];
    printf("\n");
    printf("Bus#\tDevice#\tFunc#\tVendor\tDevice\tClass\tIRQ\tIntPin\n");
    /* 枚举PCI设备 */
    for(bus = 0; bus <= PDI_BUS_MAX; ++bus)
    {
        for(dev = 0; dev <= PDI_DEVICE_MAX; ++dev)
        {
            for(func = 0; func <= PDI_FUNCTION_MAX; ++func)
            {
                /* 计算地址 */
                dwAddr = MK_PCICFGADDR(bus, dev, func);

                /* 获取厂商ID */
                outpd(PCI_CONFIG_ADDRESS, dwAddr);
                dwData = inpd(PCI_CONFIG_DATA);
                /* 判断设备是否存在。FFFFh是非法厂商ID */
                if ((WORD)dwData != 0xFFFF)
                {
                    /* bus/dev/func */
                    printf("%2.2X\t%2.2X\t%1X\t", bus, dev, func);
                    /* Vendor/Device */
                    printf("%4.4X\t%4.4X\t", (WORD)dwData, dwData>>16);
                    /* Class Code */
                    outpd(PCI_CONFIG_ADDRESS, dwAddr | 0x8);
                    dwData = inpd(PCI_CONFIG_DATA);
                    printf("%6.6lX\t", dwData>>8);
                    /* IRQ/intPin */
                    outpd(PCI_CONFIG_ADDRESS, dwAddr | 0x3C);
                    dwData = inpd(PCI_CONFIG_DATA);
                    printf("%d\t", (BYTE)dwData);
                    printf("%d", (BYTE)(dwData>>8));
                    printf("\n");
                    /* 写文件 */
                    sprintf(szFile, "PCI%2.2X%2.2X%X.bin", bus, dev, func);
                    hF = fopen(szFile, "wb");
                    if (hF != NULL)
                    {
                        /* 256字节的PCI配置空间 */
                        for (i = 0; i < 0x100; i += 4)
                        {
                            /* Read */
                            outpd(PCI_CONFIG_ADDRESS, dwAddr | i);
                            dwData = inpd(PCI_CONFIG_DATA);
                            /* Write */
                            fwrite(&dwData, sizeof(dwData), 1, hF);
                        }
                        fclose(hF);
                    }
                }
            }
        }
    }
    return 0;
}

总线编号为0的都是主板上固有的芯片（主要是南桥），非主板设备的典型是——显卡。WindowsXP的设备管理器中也可以看到PCI信息。启动“设备管理器”，最好将查看方式设为“依连接查看设备(V)”。找到我的显卡，双击查看属性。切换到“详细信息”页，定位组合框为“硬件Id”。可看到其中一行为“PCI/VEN_10DE&DEV_0110&CC_030000”，表示厂商ID为“10DE”、设备ID为“0110”、类代码为“030000”，与程序得到的结果一致。