PCI enumerate

By Lightseed

10/06/2010

这篇文章本是很久以前写的，最近感觉比较懒惰今天才贴出来。近两年开始EFI越来越流行了，可以说逐渐有颠覆legacy bios的趋势。处于对知识的渴望和追求我也最近对EFI有了一些简单的了解，我打算在后续的文章中做一个关于EFI的专题，基于EDK来写blog应该不错。毕竟它是开源的嘛，如果以AMI的EFI来写文章我估计可能会涉及到商业机密的问题。希望能像网上那个《linux的那些事儿》那样做成一个一个的小专题。也希望如果有兴趣的朋友或者BIOSER能够和我联系，咱们一起研究哈。期待您的加入。。。先说说我的打算，PCI，IDE等这些比较重要的东西都各自做一个小专题。至于其他的嘛暂时还没想到。形式以code为例子直接加注或者说明。

另外之前有关于ACPI的文章，但是看了看，真的觉得没啥好说的，都是架构上的一些东西。估计要说的话，肯能也就要结合到实际的代码，我再斟酌斟酌用什么形式来表达出来会比较好。

1、PCI bridge的工作原理

在PCI的架构中，引入了PCI bridge的概念来扩展使用更多的PCI设备。其他的基本东西就不多讲了，开门见山先分析在PCI bridge处理总线上访问的原理。

1.1PCI总线的两种方式

PCI总线上有两种访问方式，分别是Type0和Type1。且bridge会通过比对自己的secondary bus number和subordinate bus number后做出后续的反应是type0还是type1的配置。

1.2详细说说type1，

当总线上CPU发出了一个访问PCI的动作，（假设说CPU用的是type0的方式，经过bridge1后被其配置成了type1）那么PCI bridge会去做比对，这时就出现了三种情况：

①如果此总线序号不在bridge的secondary bus number和subordinate bus number之间则忽略掉它。

②如果此总线序号与bridge的secondary bus number相同则将其转换成类型0 配置命令。

③如果此总线序号位于bridge的secondary bus number与subordinate bus number之间则将它不作改变的传递到二级总线接口中。

总之就是通过这中方式找到PCI总线上的对应的PCI设备，然后访问之~。

2、PCI 在枚举过程

2.1PCI的bus number必须遵循的一个规则

在我们当前的主板上面PCI to PCI bridge是基本上都会有的，整个PCI系统要能够正确地被解析访问到，PCI的bus number必须遵循一个规则：

All PCI buses located behind a PCI-PCI bridge must reside between the seondary bus number and the subordinate bus number.

有了这个规则，那么不管是BIOS还是linux在分配PCI bus number的时候就有规可循了。

2.2PCI bus number的分配过程详解

算法：不管是在Award bios还是在linux上都是深度优先。

概念：

Primary Bus Number：the bus number of the PCI bus which the primary interface of the bridge is connected.

Secondary bus number：the bus number of the PCI bus which the secondary interface of the bridge is connected.

Subordinate bus number：the bus number of the highest numbered PCI bus which is behind (or subordinate to) the bridge.

假设的PCI结构图1：

图1 假设的某平台上的PCI设备连接图

2.2.1PCI bus number初始化step1：

当在BUS 0#上第一个被扫到的PCI2PCI bridge1的时候（事实上也只有一个），primary bus number被填成0，鉴于深度优先的原则，那么这个bridge下的那条bus对应的bus number就应该是BUS 1#,为了能够继续往后面扫PCI device（不漏掉PCI bridge）所以把subordinate bus number设置为FDH。同样方式识别到了PCI2PCI bridge2。直到到了PCI2PCI bridge3的时候，发现在bridge3下下面已经没有其他的PCI bridge了。因此，才在PCI2PCI bridge3的相应寄存器里面填上，

Primary BusNo.=2

Secondar BusNo.=3

Subordinate BusNo.=3

然后分别填好bridge2的Subordinate bus number = 3。

见如图2

图2 PCI bus number初始化1

2.2.2 PCI bus number初始化step2：

当PCI2PCI bridge2后面的PCI bus number分配好了后，在bus 1#上面又被扫到了PCI2PCI bridge4，用同样的算法可以确定在这个bridge后面的PCI bus number了。

此时，PCI2PCI bridge4的相应寄存器被初始化成：

Primary BusNo.=2

Secondar BusNo.=3

Subordinate BusNo.=0xFD

见图3

图3

2.2.3 PCI bus number初始化step2：

当PCI2PCI bridge5后面已经没有挂PCI设备的时候，此时整个PCI系统上的所有bus number都可以被确定了。在初始化PCI2PCI bridge5的三个寄存器后，

Primary BusNo.=4

Secondar BusNo.=5

Subordinate BusNo.=5

然后分别回填PCI2PCI bridge4和PCI2PCI bridge1的Subordinate bus number寄存器。

见图4

图4 PCI bus number的完整分配过程

3、PCI的资源分配

资源的问题，就不对赘述了。只是这里提一下，是因为在分配bus number的过程中，BIOS其实就已经把每个PCI设备需要的resources都已经记录下来了。然后在bus number分配好了后，后续就好进行资源分配了。

4、PCI bridge的address decode

4.1Subtractive decode

如果bridge支持subtractive decode，当在primary面没有找到另外的相应设备，则4 个周期的超时之后，认为在当前总线上没有找到相应设备。产生从primary 面到secondary 面的响应。如果此bridge不支持subtractive decode的功能，则bridge不会响应并且不会传输数据，而是调用中断提示错误。

这个功能，主要是针对PCI to ISA bridge的。如果这个功能不打开的话，那么PCI to ISA bridge下面的ISA设备就不能正常work。因为一般情况下前面4K的IO空间系统都是没有做任何操作的。这个和PCI的IO操作不一样。所以需要这么一种模式来做。比如ITE8888。

4.2Positive decode

如果数据处理中找到相应的设备地址在“bridge windows”中的话，那么bridge使用positive decode立即响应，从primary面到secondary面正向译码。

4.3Negative decode

在bridge的正向译码窗口外从secondary面到primary 面的地址译码。这种译码发生在bridge的secondary面的设备要访问primary面的设备的时候，而传输的地址数据不在window中定义。如果地址在window 中范围内，则允许同一总线中的对应设备处理（transaction）---peer-to-peer transactions 而不经过bridge。如图5

图 5 Address decoding types

图6 Secondary side bridge rules

4.4PCI-PCI Bridge的类型

在系统中支持3 种类型的p2p bridge。这些类型是：

①只支持 subtractive的pci-pci bridge

②只支持 positive的p2p bridge

③Subtractive类型p2p bridge

Subtractive-only PCI-to-PCI bridge

这种类型的bridge 没有windows 的概念的pci-pci bridge。只能实现通过subtractive decode方式访问pci bridge 的secondary侧的地址资源。不支持传输（transactions）的开始和终止都在secondary侧的pci总线上。点对点（peer to peer）的传输（transactions）是不支持的。

注：此种类型的bridge在pci-pci bridge的spec中没有定义。

Positive-only PCI-to-PCI bridge

这种类型的bridge只能通过positive decodes 来实现源自桥的primary侧的传输。Subtractive decode是不支持的。由于此种桥具有bridge window，所以能实现点对点（peer to peer）的传输（transactions）。同时还能支持negative decode由于此类桥不支持subtractive decodes ，所以positive-only p2p bridge 不能寻址secondary侧的设备。

Subtractive PCI-to-PCI bridge

这种类型的bridge具有bridge windows的功能，而且支持positive 、subtractive decode。如下图。因为此类桥有positive decode window，可以通过window 实现在桥的secondary侧的peer-peer 的transactions。同时也可以实现negative decode过程。由于这类bridge支持subtractive decodes，那么就能支持桥的secondary侧的legacy设备的寻址。

Reference，

1. PCI-to-PCI Bridge Architecture Specification, revision 1.1

2．http://tldp.org/LDP/tlk/dd/pci.html#pci-pci-config-eg-4