PCI总线配置与应用

这篇文章是进行VxWorks下PCI驱动开发的基础，故将其放在首位。（当然更首位的是您有一定的Vxworks使用和开发经验）主要介绍PCI总线配置空间，如何查看和读取PCI配置相关信息，最后有VxWorks下相关的示例代码。关键字:PCI总线vxworksPCI配置空间内存映射PlxPCI9056我把个人认为比较重要的地方：用粗体和蓝色进行了标识。如果您对文章有异议，请提出宝贵意见，您的名字和意见，将出现在下面！专用术语解释:PCI：PeripheralComponentInterconnect的缩写，一种由英特尔（Intel）公司1991年推出的用于定义局部总线的标准。POST：PowerOnSelfTest的缩写，即上电自检，接通微机的电源后，系统将执行一个自我检查的例行程序，是BIOS功能的一部分。1引言在众多的实时操作系统(RTOS)中，美国WindRiver公司的嵌入式多任务VxWorks实时操作系统是目前世界上用户数量最大的实时操作系统．已成功应用于航空航天、武器控制、舰船、通信、科学研究等领域，如在美国的火星探测器、爱国者导弹上均使用了VxWorks实时操作系统。当前在我国该操作系统也占有较大的市场分额。VxWorks操作系统专门对PCI设备提供支持，包括PCI总线驱动和一套PCI支持函数。配置总线上的设备还与硬件的体系结构和BSP支持程度相关。本文结合PCI原理。谈谈实际使用中的经验与体会。(上面的是中国的客套话)2PCI总线架构2．1典型架构在典型的PCI总线系统架构中．处理器、高速缓存和内存子系统通过PCI桥连接至JJPCI总线。桥提供一种高速通道使得处理器可以直接访问PCI设备。还提供高带宽的通道允许PCI直接访问主存。桥也包含了可选择的功能，比如总线仲裁和热插拔。2．2总线号、设备号、功能号PCI总线可以通过桥芯片级连．按与CPU总线所隔的桥数目和同一层总线的扫描顺序，从0开始依次编号，扩展最多N256，0—256就是总线号；在指定的局部总线上．按硬件扫描顺序从O开始依次编号，扩展最多到32。0～32就是设备号；在一个多功能PCI设备上，最多可以实现8种功能，按设备上配置存储区的顺序从0开始依次编号，称其为功能号，一般的设备只有一个功能。这三个号组合起来就可确定唯一的一个PCI设备。以及该设备上的某项功能。通过这三个参数就可操作PCI设备。3PCI配置空间根据PCI规范。每个PCI设备都要有一个PCI配置空间，容量最大为256字节，称为配置寄存器。配置寄存器是PCI设备的硬件与其初始化软件信息交接的地方，软件可以通过它对设备进行识别和监控。3．1配置空间组织结构256字节的空间分为头标区和设备关联区两部分，如图1所示：PCI设备的头标区中寄存器布局和格式大致相同，其布局如图2所示。头标区又分为两部分，头16个字节定义都相同，余下的48个字节根据设备的功能类别不同而布局不同。位于0Eh的头标识类型字段规定了后48个字节所用布局。目前的规范只规定了00h和01hN个头标识类型：01h用于PCI—to—PCI桥。00h用于其余PCI设备。3．2配置空间的功能类型O配置空间头标区里的寄存器实现了很多功能，这里介绍常用的几类。(1)设备识别在头标区内有五个寄存器是与一个PCI设备的识别有关的。配置软件通过访问这些寄存器很容易确定在该PCI总线上有什么PCI设备。这五个寄存器都是只读的。◆厂商标识：标识设备的制造厂商，由PCt规范的权威组织SIG统一分配，以保证唯一性。如Intel公司的标识码为。8086h”“FFFFh”是无效标识。◆设备标识：标识某一设备，由制造厂商分配。◆修订版本标识：标识设备具体的修订版本，由厂商选择。◆头标类型：表明头标区中10h到3Fh字节空间的布局类型和该设备是否是多功能设备。位7用来标识一个多功能设备，为1则该设备是多功能设备，为oN是单一功能设备。位6到0规定头标区中10h到3Fh字节的布局类型，如上所述，目前只有两类：00h和01h。◆分类代码：该寄存器有三个字节段：高字节(0Bh)是基本分类码，租略地对功能分类：中字节(0Ah)是子分类码。标识具体功能；低字节(09h)标识所用寄存器一级的编程接1：3。(2)设备控制位于配置空间04h偏移地址处的命令寄存器是控制设备产生和响应PCI周期的，是可读写寄存器。其各位定义和作用如下(这里仅描述软件常用的位)：◆I/O空间使能位：控制l，O空间访问的响应，为1时，允许设备响应I／O空间的访问。为0时禁止。◆存储空间使能位：控制本设备对存储器空间访问的响应。为1时允许．为0时禁止。(3)基地址头标区中有6个双字的基地址寄存器，在加电时，6个寄存器向POST软件反映该设备需要多少存储器空间和I／O空间。POST软件就此了解到PCI总线上有哪些存储设备和I／O设备。再根据它们的容量需求将其映射定位到适当的存储器地址和I／O地址。并把起始地址写入基地址寄存器，再启动系统。◆基地址寄存器?xml:namespaceprefix=ons=urn:schemas-microsoft-com:office:office/位0只读。用来表示此寄存器申请的是存储器空间还是I／0空间。为1则该基址寄存器用于I／0空间映射。此时位1是保留位，位2—31用来把从寄存器映射到系统I／O空间，POST再把系统分配的系统I／O空间基地址写回寄存器的2—31位。如果位0为0．则要映射到存储器空间。位1—3是只读的．其中1—2是类型编码，表示映射要求，表1列出了类型编码：64位寄存器占据两个字．其后面的基地址寄存器的偏移地址要向后推一个双字，但总容量不变，保持6个双字大小。◆地址映射映射过程分为两个步骤：(a)确定空间类别和容量要求：读取各设备基址寄存器，获取需要的空间和容量。类别可通过最低位0位判断。容量判断是把寄存器中的基地址字段的若干低位从硬件上连接到地，从PCI总线向寄存器全写一1。再读回其值。由于接了地，读回的值中，从bit4(存储器类型)和bit2(I／O类型)到最高位返回的O的个数反映了所需空间。(b)分配基地址：POST软件分配起始地址，并向各寄存器高位字段写入分配空间的基地址，把寄存器对应的存储器和l／o映射到系统物理地址空间去。3.3如何得到PCI配置信息?1.如果你是初次做PCI的驱动，建议你安装WinDriver，使用这个工具可以方便的查看你的PCI板卡的信息，比如：VENDOR_ID,DEVICE_ID,BAR基地址，中断号等等，可以直观上感受一下PCI配置。2.也可以使用Vxworks下相关的PCI函数，比如：STATUSpciDeviceShow(intbusNo/*busnumber*/)STATUSpciHeaderShow(intbusNo,intdeviceNo,intfuncNo)3．3VxWorks对PCI设备的支持VxWorks操作系统对PCI设备提供了专门的支持库，用户可以利用该库实现对PCI设备的控制：通过库里的配置函数，可以动态寻找指定PCI设备，并可以读取和修改该设备的配置空间内容。在配置空间的映射过程中这些函数非常有用，下面列举几个常用的函数，并简单描述其功能以供参考：pciFindDevice：查找指定设备，并获得其总线号，设备号，功能号pciConfigInLong：以双字为单位读入指定PCI设备配置空间的配置。sysMmuMapAdd：对指定内存大小进行映射。PcIIntConnect：挂接中断服务程序PciIntDIsconnect：清除中断服务程序的挂接PCI支持库中的函数较多且功能强大，详细内容可以参照开发工具Tornado所提供的帮助手册。3．4VxWorks中PCI设备的地址映射VxWorks操作系统在加电过程中会对设备执行地址映射操作，以便程序正确访问设备。在使用全面的MMU管理组件时。这个过程是系统自动完成的，但如果系统只包含了基本的MMU功能。用户就必须手动修改BSP来配置。先简单了解一下内存映射表。在sysLib．C中有一张表sysPhysMemDesc描述了系统物理内存的分配，如下所示：PHYS_MEM—DESCsysPhysMemDesc[】={／★地址和长度参数必须按页对齐(4kB／4MB的倍数)。／f／‘低端内存。／(void。)LOCAL_MEM—LOCAL—ADRS，(void。)LOCALMEM—LOCAL』DRS，0xa0000．VM—STATE_MASKFOR_ALL，VM—STATE_FOR_MEM—OS，}，{／★显示内存等。／(void。)Oxa0000．(void。)Oxa0000，Ox60000。VM—STATE—MASKFOR_ALL，VM—STATE—FOR—MEM—lO，}，f／★为操作系统保留的高端内存’／(void+)Oxl00000，(void+)Oxl00000，Ox080000。VM—STATE_MASK_FOR—ALL，VM—STATE—FOR—MEM—OS，}。{r为应用程序保留的高端内存。／(void’)Oxl800000，(void‘)Oxl80000，LOCALMEM—SIZE—Oxl80000，／’在sys—Mem—Top()中会改变。，VM-sTATE_MASK_FOR_ALL，VM—STATE_FOR—MEM—OS，}．，★用于动态映射的条目+／DUMMY—MMU—ENTRY．DUMMY．JⅥMU—ENTRY，}：上面描述了系统物理内存在逻辑内存中所分配的空间，系统引导时会根据这里的描述管理内存空间。手动配置PCI设备的方法就是根据PCI基地址寄存器的值在源码中修改上表。但是通常不推荐这样做，不然将不能适应硬件环境的变化而局限了BSP的使用。通常使用的方法是半自动配置方法。所谓半自动方法是相对于包含完整MMU的VxWorks所采用的自动化方法。自动化配置方法将自动发现PCI设备并自动为其分配所需空间。但是仅包含了基本MMU的VxWorks并不会自动完成上表配置，还需要其他辅助步骤帮助系统映射内存，包括为所有设备分配不冲突的内存，以及编程使系统找到指定的PCI设备并分配空间。4PCI设备配置应用实例4.1自动配置方法首先根据设备类型f如显示设备、网络设备)查询总线，以此获取此类设备的PCI总线号、设备号、功能号、厂商号和设备标识，此处假设系统中没有同类的设备。然后。根据总线号、设备号、功能号获取该设备的PCI配置空间信息，并写入MMU用于系统物理内存分配。4．2显示设备的配置显示设备的配置，首先要包括VxWorks系统组件。basicMMU”基本内存控制单元。然后再将PCI显示设备的内存空间配置到MMU里面，否则该内存空间的访问会出现异常。如果该内存空间是预先知道的，可以在syslib．c的sysPhysMemDesc表中静态配置：否则需要通过动态查询得到，然后再调用MMU配置函数加入MMU表。其简要过程如下：(1)在PCI总线上查找显示设备，并获取其总线号、设备号和功能号；(2)根据这三个号来读取该设备的内存基地址和需要的内存大小(注意：内存大小是从开始位到最高位所返回的零的个数，需要用户自己计算。内存地址要去掉低位非地址含义的位。)；(3)在sysLib．c的sysHwlnit()函数中调用配置函数sysMmuMapAdd，该函数将基地址和内存大小配置入MMU表，整个配置工作就完成了。5.实战代码/************************************************************************Copyright(C),2010-08-09-2010-08-1X,Filename:PlxPCI9056.c,PCI9056驱动程序Author:qcj_21Version:V1.0Date:2010-08-05Description:此文件为PlxPCI9056的驱动程序，主要作用是读取PCI9056的配置信息，将PCI上的8路AD信息映射到内存中由于8路AD的整个内存空