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用I/O命令訪問PCI總線設(shè)備配置空間

作者: 時(shí)間:2006-05-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:通過對(duì)PCI協(xié)議配置機(jī)制的分析,提出一種直接用I/O命令訪問PCI總線設(shè)備配置空間的方法,給出了相應(yīng)的C語言程序,并在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證,從而在大多數(shù)情況下避免了復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/241614.htm

關(guān)鍵詞:PCI總線 配置空間 操作系統(tǒng)

PCI總線推出以來,以其獨(dú)有的特性受到眾多廠商的青睞,已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線的主流。目前,國內(nèi)的許多技術(shù)人員已經(jīng)具備開發(fā)PCI總線接口設(shè)備的能力。但是PCI總線的編程技術(shù),也就是對(duì)PCI總線設(shè)備的操作技術(shù),一直是一件讓技術(shù)人員感到頭疼的事情。PCI總線編程的核心技術(shù)是對(duì)相應(yīng)板卡配置空間的理解和訪問。一般軟件編程人員基于對(duì)硬件設(shè)備原理的生疏,很難理解并操作配置空間,希望硬件開發(fā)人員直接告訴他們?cè)鯓硬僮鳎欢鳳CI總線硬件開發(fā)人員雖深刻地理解了其意義,在沒有太多編程經(jīng)驗(yàn)地前提下,也難于輕易地操作PCI板卡。結(jié)果大多是硬件技術(shù)人員花費(fèi)大量時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)DDK、WINDRVER等驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)軟件。

作者在開發(fā)PCI總線接口設(shè)備時(shí),經(jīng)過對(duì)PCI總線協(xié)議的深入研究,從協(xié)議本身的角度出發(fā),找到一種方面而快捷的PCI配置空間操作方法,只使用簡(jiǎn)單的I/O命令即可找到特定的PCI總線設(shè)備并對(duì)其所有的配置空間進(jìn)行讀寫操作。一旦讀得其配置空間的內(nèi)容,即可中得到擔(dān)任系統(tǒng)對(duì)該P(yáng)CI總線設(shè)備的資源分配。

1 PCI總線配置空間及配置機(jī)制

為避免各PCI設(shè)備在資源的占用上發(fā)生沖突,PCI總線采用即插即用協(xié)議。即在系統(tǒng)建立時(shí)由操作系統(tǒng)按照各設(shè)備的要求統(tǒng)一分配資源,資源分配的信息由系統(tǒng)寫入各PCI設(shè)備的配置空間寄存器,并在操作系統(tǒng)內(nèi)部備份。各PCI設(shè)備有其獨(dú)自的配置空間,設(shè)計(jì)者通過對(duì)積壓設(shè)備(或插槽)的ISDEL引腳的驅(qū)動(dòng)區(qū)分不同設(shè)備的配置空間。配置空間的前64個(gè)字節(jié)稱為配置空間的預(yù)定自區(qū),它對(duì)每個(gè)設(shè)備都具有相同的定義且必須被支持;共后的空間稱為設(shè)備關(guān)聯(lián)區(qū),由設(shè)備制造商根據(jù)需要定義。與編程有關(guān)的配置空間信息主要有:

(1)設(shè)備號(hào)(Device ID)及銷售商號(hào)(Vendor ID),配置空間偏移量為00h,用于對(duì)各PCI設(shè)備的區(qū)分和查找。為了保證其唯一性,Vendor ID應(yīng)當(dāng)向PCI特別興趣小組(PCI SIG)申請(qǐng)而得到。

(2)PCI基地址(PCI Base Address),配置空間偏移量為10~24h,設(shè)備通過設(shè)定可讀寫的高位數(shù)值來向操作系統(tǒng)指示所需資源空間的大小。比如,某設(shè)備需要64K字節(jié)的內(nèi)存空間,可以將配置空間的某基地址寄存器的高16位設(shè)成可讀寫的,而將低16位置為0(只可讀)。操作系統(tǒng)在建立時(shí),先向所有位寫1,實(shí)際上只有高16位被接收而被置成了1,低16位仍為0.這樣操作系統(tǒng)讀取該寄存器時(shí),返回值為FFFF0000h,據(jù)此操作系統(tǒng)可以斷定其需要的空間大小是64K字節(jié),然后分配一段空閑的內(nèi)存空間并向該寄存器的高16位填寫其地址。

其它可能與編程有關(guān)的配置空間的定義及地址請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)[1]。

由于PC-AT兼容系統(tǒng)CPU只有內(nèi)存和I/O兩種空間,沒有專用的配置空間,PCI協(xié)議規(guī)定利用特定的I/O空間操作驅(qū)動(dòng)PCI橋路轉(zhuǎn)換成配置空間的操作。目前存在兩種轉(zhuǎn)換機(jī)制,即配置機(jī)制1#和配置機(jī)制2#。配置機(jī)制2#在新的設(shè)計(jì)中將不再被采用,新的設(shè)計(jì)應(yīng)使用配置機(jī)制1#來產(chǎn)生配置空間的物理操作。這種機(jī)制使用了兩個(gè)特定的32位I/O空間,即CF8h和CFCh。這兩個(gè)空間對(duì)應(yīng)于PCI橋路的兩個(gè)寄存器,當(dāng)橋路看到CPU在局部總線對(duì)這兩個(gè)I/O空間進(jìn)行雙字操作時(shí),就將該I/O操作轉(zhuǎn)變?yōu)镻CI總線的配置操作。寄存器CF8h用于產(chǎn)生配置空間的地址(CONFIG-ADDRESS),寄存器CFCh用于保存配置空間的讀寫數(shù)據(jù)(CONFIG-DATA)。

配置空間地址寄存器的格式如圖1。

CF8H(局部總線):

當(dāng)CPU發(fā)出對(duì)I/O空間CFCh的操作時(shí),PCI橋路將檢查配置空間地址寄存器CF8h的31位。如果為1,就在PCI總線上產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的配置空間讀或?qū)懖僮?,其地址由PCI橋路根據(jù)配置空間地址寄存器的內(nèi)容作如圖2所示的轉(zhuǎn)換。

CFCh (局部總線):

設(shè)備號(hào)被PCI橋路譯碼產(chǎn)生PCI總線地址的高位地址,它們被設(shè)計(jì)者用作IDSEL信號(hào)來區(qū)分相應(yīng)的PCI設(shè)備。6位寄存器號(hào)用于尋址該P(yáng)CI設(shè)備配置空間62個(gè)雙字的配置寄存器(256字節(jié))。功能號(hào)用于區(qū)分多功能設(shè)備的某特定功能的配置空間,對(duì)常用的單功能設(shè)備為000。某中PCI插槽的總線號(hào)隨系統(tǒng)(主板)的不同稍有區(qū)別,大多數(shù)PC機(jī)為1,工控機(jī)可能為2或3。為了找到某設(shè)備,應(yīng)在系統(tǒng)的各個(gè)總線號(hào)上查找,直到定位。如果在0~5號(hào)總線上不能發(fā)現(xiàn)該設(shè)備,即可認(rèn)為該設(shè)備不存在。

理解了上述PCI協(xié)議里的配置機(jī)制后,就可以直接對(duì)CF8h和CFCh兩個(gè)雙字的I/O空間進(jìn)行操作,查找某個(gè)PCI設(shè)備并訪問其配置空間,從而得到操作系統(tǒng)對(duì)該P(yáng)CI設(shè)備的資源分配。

2 用I/O命令訪問PCI總線配置空間

要訪問PCI總線設(shè)備的配置空間,必須先查找該設(shè)備。查找的基本根據(jù)是各PCI設(shè)備的配置空間里都存有特定的設(shè)備號(hào)(Device ID)及銷售商號(hào)(Vendor ID),它們占用配置空間的00h地址。而查找的目的是獲得該設(shè)備的總線號(hào)和設(shè)備號(hào)。查找的基本過程如下:用I/O命令寫配置空間的地址寄存器CF8h,使其最高位為1,總線號(hào)及設(shè)備為0,功能號(hào)及寄存器號(hào)為0,即往I/O端口CF8h80000000h;然后用I/O命令讀取配置空間的數(shù)據(jù)寄存器CFCh。如果該寄存器值與該P(yáng)CI設(shè)備的Device ID及Vendor ID不相符,則依次遞增設(shè)備號(hào)/總線號(hào),重復(fù)上述操作直到找到該設(shè)備為止。如果查完所有的設(shè)備號(hào)/總線號(hào)(1~5)仍不能找到該設(shè)備,則應(yīng)當(dāng)考慮硬件上的問題。對(duì)于多功能設(shè)備,只要設(shè)備配置寄存器相應(yīng)的功能號(hào)值,其余步驟與單功能設(shè)備一樣。

如查找設(shè)備號(hào)為9054h,銷售商號(hào)為10b5的單功能PCI設(shè)備,用VC++6.0編寫的程序如下:

char bus;char device;

unsigned int ioa0,iod;

int scan( )

{

bus=0;device=0;

for(char i=0;i5;i++) {

for(char j=0;j32;j++) {

bus=i; device=j;

ioa0=0x80000000+bus*0x10000

+(device*8)*0x100;

_outpd(0xcf8,ioa0);

iod=_inpd(0xcfc);

if (iod0= =0x905410b5) return 0;

}

}

retrn -1

}

調(diào)用子程序scan( ),如果返回值為-1,則沒有找到該P(yáng)CI設(shè)備。如果返回值為0,則找到了該P(yáng)CI設(shè)備。該設(shè)備的總線號(hào)和設(shè)備號(hào)分別在全局變量bus和device中,利用這兩個(gè)變量即可輕易對(duì)該設(shè)備的配置空間進(jìn)行訪問,從而得到分配的資源信息。假設(shè)該P(yáng)CI設(shè)備占用了4個(gè)資源空間,分別對(duì)應(yīng)于配置空間10h~1ch,其中前兩個(gè)為I/O空間,后兩個(gè)為內(nèi)存空間,若定義其基地址分別為ioaddr1,ioaddr2,memaddr1,memaddr2,相應(yīng)的程序如下:

unsigned short ioaddr1,ioaddr2;

unsigned int memaddr1,memaddr2;

unsigned int iobase,ioa;

void getbaseaddr(char bus,char device);

{

iobase=0x80000000+bus*0x10000+(device*8)*0x100;

ioa=iobase+0x10;/*尋址基地址寄存器0*/

_outpd(0xcf8,ioa);

ioaddr1=(unsigned short)_inpd(0xcfc)0xfffc;

/*屏蔽低兩位和高16位*/

ioa=iobase+0x14; /*尋址基地址寄存器1*/

_outpd(0xcf8,ioa);

ioaddr2=(unsigned short)_inpd(0xcfc)0xfffc;

ioa=iobase+0x18;/*尋址基地寄存器2*/

_outpd(0xcf8,ioa);

memaddr1=_inpd(0xcfc) 0xfffffff0;

/*屏蔽低4位*/

ioa=iobase+0x1c; /*尋址基地址寄存器3*/

_outpd(0xcf8,ioa);

memaddr2=_inpd(0xcfc) 0xfffffff0;

}

對(duì)于I/O基地址,最低兩位D0、D1固定為01,對(duì)地址本身無效,應(yīng)當(dāng)被屏蔽。對(duì)PC-AT兼容機(jī),I/O有效地址為16位,因此高位也應(yīng)被屏蔽。對(duì)于內(nèi)存地址,最低位D0固定為0,而D1~D3用于指示該地址的一些物理特性[1],因此其低4位地址應(yīng)當(dāng)被屏蔽。需要指出的是該內(nèi)存地址是系統(tǒng)的物理地址,在WINDOWS運(yùn)行于保護(hù)模式時(shí),需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的線性地址才能對(duì)該內(nèi)存空間進(jìn)行直接讀寫。介紹該轉(zhuǎn)換方法的相關(guān)文章較為常見,此處不再贅述。

上述程序給出了讀取配置空間里的基地址的方法。另有相當(dāng)多PCI設(shè)備通過配置空間的設(shè)備關(guān)聯(lián)區(qū)來設(shè)置該設(shè)備的工作狀態(tài),可輕易地用I/O命令進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置,無須編寫繁雜的驅(qū)動(dòng)程序。在開發(fā)PCI視頻圖像采集卡的過程中,該方法得到了實(shí)際應(yīng)用。

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