PCIE扫描过程

最新推荐文章于 2024-10-22 20:40:00 发布

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本文深入解析了PCIE设备的扫描与初始化过程，详细介绍了BIOS如何利用深度优先搜索算法进行PCIe设备的查找与配置。从按下电源按钮开始，BIOS如何逐级扫描总线，设置桥接器参数，直至完成所有设备的扫描。

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1. PCIE扫描过程

从按下PC的电源按钮开始，BIOS就接管系统控制权开始工作，它会先进行一些内存和设备的初始化工作（当然，也包括PCI设备），由于商业上的原因，Phoenix等厂商的BIOS代码需要授权协议，下面以另外一款开源BIOS（openbios）为例，来剖析BIOS中，PCIe设备是如何被找到以及初始化的。

PCI设备的扫描是基于深度优先搜索算法（DFS：Depth First Search)，也就是说，下级分支最多的PCI桥将最先完成其子设备的扫描。下面以图片来具体说明，BIOS是如何一步步完成PCI 设备扫描的。

第一步：PCI Host 主桥扫描Bus 0上的设备（在一个处理器系统中，一般将与HOST主桥直接相连的PCI总线被命名为PCI Bus 0），系统首先会忽略Bus 0上的D1，D2等不会挂接PCI桥的设备，主桥发现Bridge 1后，将Bridge1下面的PCI Bus定为 Bus 1，系统将初始化Bridge 1的配置空间，并将该桥的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分别设置成0和1，以表明Bridge1的上游总线是0，下游总线是1，由于还无法确定Bridge1下挂载设备的具体情况，系统先暂时将Subordinate Bus Number设为0xFF。如图 1.1所示：

图 1.1 PCIE扫描第一步

第二步：系统开始扫描Bus 1，将会发现Bridge 2。系统将Bridge 2下面的PCI Bus定为Bus 2，并将该桥的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分别设置成1和2，和上一步一样暂时把Bridge 2的Subordinate Bus Number设为0xFF。如图 1.2所示：

图 1.2 PCIE扫描第二步

第三步：

系统继续扫描Bus 2，将会发现Bridge 4。系统将Bridge 4下面的PCI Bus定为Bus 3，并将该桥的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分别设置成2和3，此后

系统继续扫描后发现Bus 3下面已经没有任何Bridge了，意味着该PCI总线下已经没有任何挂载下游总线了，因此Bridge 4的Subordinate Bus Number的值已经可以确定为3了。

如图 1.3所示：

图 1.3 PCIE扫描第三步

第四步：

完成Bus 3的扫描后，系统返回到Bus 2继续扫描，发现Bus 2下面已经没有其他Bridge了。此时Bridge 2的Subordinate Bus Number的值也已经可以确定为3了。如图 1.4所示：

图 1.4 PCIE扫描第四步

第五步：

完成Bus 2的扫描后，系统返回到Bus1继续扫描，会发现Bridge 3，系统将Bridge 3下面的PCI Bus定为Bus 4。并将Bridge 4的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分别设置成1和4，此后系统继续扫描后发现Bus 4下面已经没有任何Bridge了，意味着该PCI总线下已经没有挂载任何下游总线了，因此Bridge 3的Subordinate Bus Number的值已经可以确定为4了。如图 1.5所示：

图 1.5 PCIE扫描第五步

第六步：

完成Bus 4的扫描后，系统返回到Bus 1继续扫描，发现Bus 1下面已经没有其他Bridge了。此时Bridge 1的Subordinate Bus Number的值已经可以确定为4，系统返回Bus 0继续扫描（Bus 0下如果有其他它Bridge，将重复上述的步骤进行扫描）。至此，本例中的整个PCI的设备扫描已经完成了。最终的设备和总线的扫描结果如图 1.6所示

图 1.6 PCIE扫描第六步

一般来说，可以通过两个寄存器来访问PCI的配置空间（寄存器CONFIG_ADDRESS与CONFIG_DATA），在x86体系下，这两个寄存器分别对应0xCF8和0xCFC端口，对配置空间的访问都是通过对这两个寄存器的读写来实现先。CONFIG_ADDRESS寄存器的具体位组成如图 1.7所示：

图 1.7 x86配置寄存器

Bus Number : 总线号（8 bit)，范围0--255。

Device Number: 设备号（5 bit)，范围0--31。

Function Number: 功能号（3 bit)，范围0--7。

每个PCI设备可根据上图所示的四个信息：Bus Number, Device Number, Function Number，Register Number来进行具体设备的定位并对其配置空间访问。当访问PCI设备的配置空间时，先根据以上格式设置CONFIG_ADDRESS寄存器，然后再读取CONFIG_DATA寄存器即可得到相应的配置空间寄存器的值。通过以上这些步骤，BIOS就完成了所有PCI设备的扫描，并且为每个设备分配好了系统资源。