PCIe具体解释分析

参考文章

PCIe总线详解_STATEABC-GitCode 开源社区

https://zhuanlan.zhihu.com/p/652808759

PCI总线学习(一)：PCI总线结构-CSDN博客

PCI——第1章——PCI总线的基本知识-CSDN博客

计算机中register、cache、memory的区别 - Line's Blog

什么是内存管理单元（MMU）

---

LSPCI具体解释分析 - yxwkaifa - 博客园

上面这个文章，写的很有力度，所以作如下笔记，

一、PCI简单介绍
     PCI是一种外设总线规范。我们先来看一下什么是总线：总线是一种传输信号的路径或信道。典型情况是，总线是连接于一个或多个导体的电气连线，总 线上连接的全部设备可在同一时间收到全部的传输内容。总线由电气接口和编程接口组成。本文讨论Linux 下的设备驱动，所以，重点关注编程接口。
     PCI是Peripheral Component Interconnect（外围设备互联）的简称，是普遍使用在桌面及更大型的计算机上的外 设总线。PCI架构被设计为ISA标准的替代品，它有三个主要目标：获得在计算机和外设之间数据传输时更好的性能；尽可能的平台无关；简化往系统中加入和 删除外设的工作。

二、PCI寻址
     从如今開始，我想尽可能通过一些实际的样例来说明问题，而降低理论方面的问题的描写叙述，由于，相关的理论的东西，能够在其他地方找到。
     我们先来看一个样例，我的电脑装有1G的RAM，1G以后的物理内存地址空间都是外部设备IO在系统内存地址空间上的映射。

此处的RAM代表，
1 SRAM--静态随机存储器。
           位于CPU内部的cache(缓存）一般使用SRAM。
2 DRAM--动态随即存储器。
        外置的memory（内存）,一般使用的DRAM。   

缓存，内存，CPU关系如下，

​

​

/proc/iomem描写叙述了系统中全部的设备I/O在内存地址空间上的映射。

我们来看地址从1G開始的第一个设备在/proc/iomem中是怎样描写叙述 的：
             40000000-400003ff : 0000:00:1f.1
     这是一个PCI设备，40000000-400003ff是它所映射的内存地址空间，占领了内存地址空间的1024 bytes的位置，而 0000:00:1f.1则是一个PCI外设的地址,它以冒号和逗号分隔为4个部分，第一个16位（指的是0000）表示域（上面的一串数字其实是十六进制数字，每个十六进制数字占4位二进制数位，原文说“第一个16位”），第二个8位（00 ：这两个十六进制数字，占8位二进制数数位）表示一个总线编号，第三个5位（指的是1f。5位二进制数字，最大能表示31这个十进制数字）表示一 个设备号，最后是3位（指的是1），表示功能号。

     由于PCI规范同意单个系统拥有高达256个总线，所以总线编号是8位（在上面那串数字中0000：00：0f.1 ，00这两个十六进制位数字，即8个二进制位）。但对于大型系统而言，这是不够的，所以，引入了域的概念，每一个 PCI域能够拥有最多256个总线（在上面那串数字中0000：00：0f.1 ，0000这四个十六进制位数字，即共16个二进制位，十六个二进制位代表十进制255），每一个总线上可支持32个设备，所以设备号是5位，而每一个设备上最多可有8种功能，所以功能号是3位。由此，我们能够得 出上述的PCI设备的地址是0号域0号总线上的31号设备上的1号功能。

 那上述的这个PCI设备究竟是什么呢？以下是我的电脑上的lspci命令的输出：00:00.0 Host bridge: Intel Corporation 82845 845 (Brookdale) Chipset Host Bridge (rev 04)00:01.0 PCI bridge: Intel Corporation 82845 845 (Brookdale) Chipset AGP Bridge(rev 04)00:1d.0 USB Controller: Intel Corporation 82801CA/CAM USB (Hub #1) (rev 02)00:1d.1 USB Controller: Intel Corporation 82801CA/CAM USB (Hub #2) (rev 02)00:1e.0 PCI bridge: Intel Corporation 82801 Mobile PCI Bridge (rev 42)00:1f.0 ISA bridge: Intel Corporation 82801CAM ISA Bridge (LPC) (rev 02)00:1f.1 IDE interface: Intel Corporation 82801CAM IDE U100 (rev 02)00:1f.3 SMBus: Intel Corporation 82801CA/CAM SMBus Controller (rev 02)00:1f.5 Multimedia audio controller:Intel Corporation 82801CA/CAM AC'97 Audio Controller (rev 02)00:1f.6 Modem: Intel Corporation 82801CA/CAM AC'97 Modem Controller (rev 02)01:00.0 VGA compatible controller: nVidia Corporation NV17 [GeForce4 420 Go](rev a3)02:00.0 FireWire (IEEE 1394): VIA Technologies, Inc. IEEE 1394 Host Controller(rev 46)02:01.0 Ethernet controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL-8139/8139C/8139C+(rev 10)02:04.0 CardBus bridge: O2 Micro, Inc. OZ6933 Cardbus Controller (rev 01)02:04.1 CardBus bridge: O2 Micro, Inc. OZ6933 Cardbus Controller (rev 01)

      lspci没有标明域，但对于一台PC而言，一般仅仅有一个域，即0号域。通过这个输出我们能够看到它是一个IDE interface。由上述的 输出能够看到，我的电脑上共同拥有3个PCI总线(0号，1号，2号）。在单个系统上，插入多个总线是通过桥（bridge)来完毕的，桥是一种用来连接总线 的特殊PCI外设。

   所以，PCI系统的总体布局组织为树型，我们能够通过上面的lspci输出，来画出我的电脑上的PCI系统的树型结构：

                   |---00:01.0(PCI桥）---01:00:0(nVidia显卡）
                   |
                   |                                      |--00:1d:0(USB1号控制器）
                   |---00:1d(USB控制器)--- |
                   |                                      |--00:1d:1(USB2号控制器）                  
                   |
                   |                                |--02:00.0(IEEE1394)
                   |                                |
00:00.0 ---  | ---00:1e:0(PCI桥)---|--02:01.0(8139网卡）
(主桥）       |                                |            
                   |                                |                                |--02:04.0(桥1）
                   |                                |--02:04(CardBus桥) |
                   |                                                                 |--02:04.1(桥2)
                   |                                        
                   |
                   |                                   |--00:1f:0(ISA桥）
                   |                                   |
                   |                                   |--00:1f:1(IDE接口)
                   |                                   |
                   |---00:1f(多功能板卡)--|--00:1f:3(SMBus)
                                                      |
                                                      |--00:1f:5(多媒体声音控制器)
                                                      |
                                                      |--00:1f:6(调制解调器)

  由上图能够得出，我的电脑上共同拥有8个PCI设备，当中0号总线上(主桥)上连有4个，1号总线上连有1个，2号总线上连有3个。00:1f是一个连有5个功能的多功能板卡。

之所以是上面的树型结构，是因为，PCI桥设备下，一定有所连接的另一个PCI总线（称为“次总线”，即主总线的子总线）。见下面两个图，每个PCI桥下都有次总线，次总线下面又连接着 Endpoint（Endpoint是PCIe总线上的终端设备).

而且，根据数据结构与算法，树这一数据结构，可推断出PCI桥下所连接的各个次总线的编号。