PCIE掃描過程

1. PCIE掃描過程

從按下PC的電源按鈕開始，BIOS就接管系統(tǒng)控制權(quán)開始工作，它會(huì)先進(jìn)行一些內(nèi)存和設(shè)備的初始化工作（當(dāng)然，也包括PCI設(shè)備），由于商業(yè)上的原因，Phoenix等廠商的BIOS代碼需要授權(quán)協(xié)議，下面以另外一款開源BIOS（openbios）為例，來剖析BIOS中，PCIe設(shè)備是如何被找到以及初始化的。

PCI設(shè)備的掃描是基于深度優(yōu)先搜索算法（DFS：Depth First Search)，也就是說，下級分支最多的PCI橋?qū)⒆钕韧瓿善渥釉O(shè)備的掃描。下面以圖片來具體說明，BIOS是如何一步步完成PCI 設(shè)備掃描的。

第一步：PCI Host 主橋掃描Bus 0上的設(shè)備（在一個(gè)處理器系統(tǒng)中，一般將與HOST主橋直接相連的PCI總線被命名為PCI Bus 0），系統(tǒng)首先會(huì)忽略Bus 0上的D1，D2等不會(huì)掛接PCI橋的設(shè)備，主橋發(fā)現(xiàn)Bridge 1后，將Bridge1下面的PCI Bus定為 Bus 1，系統(tǒng)將初始化Bridge 1的配置空間，并將該橋的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分別設(shè)置成0和1，以表明Bridge1的上游總線是0，下游總線是1，由于還無法確定Bridge1下掛載設(shè)備的具體情況，系統(tǒng)先暫時(shí)將Subordinate Bus Number設(shè)為0xFF。如圖 1.1所示：

圖 1.1  PCIE掃描第一步

第二步：系統(tǒng)開始掃描Bus 1，將會(huì)發(fā)現(xiàn)Bridge 2。系統(tǒng)將Bridge 2下面的PCI Bus定為Bus 2，并將該橋的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分別設(shè)置成1和2，和上一步一樣暫時(shí)把Bridge 2的Subordinate Bus Number設(shè)為0xFF。如圖 1.2所示：

圖 1.2 PCIE掃描第二步

第三步：

系統(tǒng)繼續(xù)掃描Bus 2，將會(huì)發(fā)現(xiàn)Bridge 4。系統(tǒng)將Bridge 4下面的PCI Bus定為Bus 3，并將該橋的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分別設(shè)置成2和3，此后

系統(tǒng)繼續(xù)掃描后發(fā)現(xiàn)Bus 3下面已經(jīng)沒有任何Bridge了，意味著該P(yáng)CI總線下已經(jīng)沒有任何掛載下游總線了，因此Bridge 4的Subordinate Bus Number的值已經(jīng)可以確定為3了。

如圖 1.3所示：

圖 1.3 PCIE掃描第三步

第四步：

完成Bus 3的掃描后，系統(tǒng)返回到Bus 2繼續(xù)掃描，發(fā)現(xiàn)Bus 2下面已經(jīng)沒有其他Bridge了。此時(shí)Bridge 2的Subordinate Bus Number的值也已經(jīng)可以確定為3了。如圖 1.4所示：

圖 1.4 PCIE掃描第四步

第五步：

完成Bus 2的掃描后，系統(tǒng)返回到Bus1繼續(xù)掃描，會(huì)發(fā)現(xiàn)Bridge 3，系統(tǒng)將Bridge 3下面的PCI Bus定為Bus 4。并將Bridge 4的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分別設(shè)置成1和4，此后系統(tǒng)繼續(xù)掃描后發(fā)現(xiàn)Bus 4下面已經(jīng)沒有任何Bridge了，意味著該P(yáng)CI總線下已經(jīng)沒有掛載任何下游總線了，因此Bridge 3的Subordinate Bus Number的值已經(jīng)可以確定為4了。如圖 1.5所示：

圖 1.5 PCIE掃描第五步

第六步：

完成Bus 4的掃描后，系統(tǒng)返回到Bus 1繼續(xù)掃描， 發(fā)現(xiàn)Bus 1下面已經(jīng)沒有其他Bridge了。此時(shí)Bridge 1的Subordinate Bus Number的值已經(jīng)可以確定為4，系統(tǒng)返回Bus 0繼續(xù)掃描（Bus 0下如果有其他它Bridge，將重復(fù)上述的步驟進(jìn)行掃描）。至此，本例中的整個(gè)PCI的設(shè)備掃描已經(jīng)完成了。最終的設(shè)備和總線的掃描結(jié)果如圖 1.6所示

圖 1.6 PCIE掃描第六步

一般來說，可以通過兩個(gè)寄存器來訪問PCI的配置空間（寄存器CONFIG_ADDRESS與CONFIG_DATA），在x86體系下，這兩個(gè)寄存器分別對應(yīng)0xCF8和0xCFC端口，對配置空間的訪問都是通過對這兩個(gè)寄存器的讀寫來實(shí)現(xiàn)先。CONFIG_ADDRESS寄存器的具體位組成如圖 1.7所示：

圖 1.7 x86配置寄存器

Bus Number : 總線號(hào)（8 bit)，范圍0--255。

Device Number: 設(shè)備號(hào)（5 bit)，范圍0--31。

Function Number: 功能號(hào)（3 bit)，范圍0--7。

Register Number: 寄存器號(hào)（6 bit),范圍0--63（配置空間一共256個(gè)字節(jié)，分割成64個(gè)4字節(jié)的寄存器，從0--63編號(hào)）。

每個(gè)PCI設(shè)備可根據(jù)上圖所示的四個(gè)信息：Bus Number, Device Number, Function Number，Register Number來進(jìn)行具體設(shè)備的定位并對其配置空間訪問。當(dāng)訪問PCI設(shè)備的配置空間時(shí)，先根據(jù)以上格式設(shè)置CONFIG_ADDRESS寄存器，然后再讀取CONFIG_DATA寄存器即可得到相應(yīng)的配置空間寄存器的值。通過以上這些步驟，BIOS就完成了所有PCI設(shè)備的掃描，并且為每個(gè)設(shè)備分配好了系統(tǒng)資源。