每个 PCI 外设有一个总线号, 一个设备号, 一个功能号标识. PCI 规范允许单个系统占 用多达 256 个总线, 但是因为 256 个总线对许多大系统是不够的, Linux 现在支持 PCI 域. 每个 PCI 域可以占用多达 256 个总线. 每个总线占用 32 个设备, 每个设备可以是 一个多功能卡(例如一个声音设备, 带有一个附加的 CD-ROM 驱动)有最多 8 个功能. 因 此, 每个功能可在硬件层次被一个 16-位地址或者 key , 标识. Linux 的设备驱动编写 者, 然而, 不需要处理这些二进制地址, 因为它们使用一个特定的数据结构, 称为 pci_dev, 来在设备上操作.
大部分近期的工作站至少有 2 个 PCI 总线. 在单个系统插入多于 1 个总线要通过桥实 现, 桥是特殊用途的 PCI 外设, 它的工作是连接 2 个总线. 一个 PCI 系统的全部分布 是一个树, 这里每个总线都连接到一个上层总线, 直到在树根的总线 0 . CardBus PC- card 系统也通过桥连接到 PCI 系统. 图一个典型 PCI 系统的布局表示了一个典型的 PCI 系统, 其中各种桥被突出表示了.
和 PCI 外设相关的 16-位硬件地址, 尽管大部分隐藏在 struct pci_dev 结构中, 仍然 是可偶尔见到, 特别是当使用设备列表. 一个这样的情形是 lspci 的输出( pciutils 的 一部分, 在大部分发布中都有)和在 /proc/pci 和 /porc/bus/pci 中的信息排布. PCI 设备的 sysfs 表示也显示了这种寻址方案, 还有 PCI 域信息. [40]当显示硬件地址时, 它 可被显示为 2 个值( 一个 8-位总线号和一个 8-位 设备和功能号), 作为 3 个值( bus, device, 和 function), 或者作为 4 个值(domain, bus, device, 和 function); 所有 的值常常用 16 进制显示.
例如, /proc/bus/pci/devices 使用一个单个 16-位 字段(来便于分析和排序), 而
/proc/bus/busnumber 划分地址为 3 个字段. 下面内容显示了这些地址如何显示, 只显 示了输出行的开始:
$ lspci | cut -d: -f1-3 0000:00:00.0 Host bridge
0000:00:00.1 RAM memory
0000:00:00.2 RAM memory
0000:00:02.0 USB Controller
0000:00:04.0 Multimedia audio controller 0000:00:06.0 Bridge
0000:00:07.0 ISA bridge
0000:00:09.0 USB Controller
0000:00:09.1 USB Controller
0000:00:09.2 USB Controller 0000:00:0c.0 CardBus bridge 0000:00:0f.0 IDE interface 0000:00:10.0 Ethernet controller
0000:00:12.0 Network controller
0000:00:13.0 FireWire (IEEE 1394)
0000:00:14.0 VGA compatible controller
$ cat /proc/bus/pci/devices | cut -f1 0000
0001
0002
0010
0020
0030
0038
0048
0049
004a
0060
0078
0080
0090
0098
00a0
$ tree /sys/bus/pci/devices/
/sys/bus/pci/devices/
|-- 0000:00:00.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:00.0
|-- 0000:00:00.1 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:00.1
|-- 0000:00:00.2 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:00.2
|-- 0000:00:02.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:02.0
|-- 0000:00:04.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:04.0
|-- 0000:00:06.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:06.0
|-- 0000:00:07.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:07.0
|-- 0000:00:09.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:09.0
|-- 0000:00:09.1 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:09.1
|-- 0000:00:09.2 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:09.2
|-- 0000:00:0c.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:0c.0
|-- 0000:00:0f.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:0f.0
|-- 0000:00:10.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:10.0
|-- 0000:00:12.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:12.0
|-- 0000:00:13.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:13.0
`-- 0000:00:14.0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:14.0
所有的 3 个设备列表都以相同顺序排列, 因为 lspci 使用 /proc 文件作为它的信息源. 拿 VGA 视频控制器作一个例子, 0x00a 意思是 0000:00:14.0 当划分为域(16 位), 总线 (8 位), 设备(5 位)和功能(3 位).
每个外设板的硬件电路回应查询, 固定在 3 个地址空间: 内存位置, I/O 端口, 和配置 寄存器. 前 2 个地址空间由所有在同一个 PCI 总线上的设备共享(即, 当你存取一个内 存位置, 在那个 PCI 总线上的所有的设备在同一时间都看到总线周期). 配置空间, 另外 的, 采用地理式寻址. 配置只一次一个插槽地查询地址, 因此它们从不冲突.
至于驱动, 内存和 I/O 区用通常的方法, 通过 inb, readb, 等等来存取. 另一方面, 配 置传输通过调用特殊的内核函数来存取配置寄存器. 考虑到中断, 每个 PCI 插槽有 4 个 中断脚, 并且每个设备功能可以使用它们中的一个, 不必关心这些引脚如何连入 CPU. 这
样的连接是计算机平台的责任并且是在 PCI 总线之外实现的. 因为 PCI 规范要求中断线 是可共享的, 即便一个处理器有有限的 IRQ 线数, 例如 x86, 可以驻有许多 PCI 接口板 ( 每个有 4 个中断脚).
PCI 总线的 I/O 空间使用一个 32-位地址总线( 产生了 4 GB 的 I/O 端口), 而内存空 间可使用 32-位或者 64-位地址存取. 64-位地址在大部分近期的平台上可用. 假设地址 对每个设备是唯一的, 但是软件可能错误地配置 2 个设备到同样的地址, 使得不可能存 取任何一个. 但是这个问题不会产生, 除非一个驱动想玩弄不应当触动的寄存器. 好消息 是每个由接口板提供的内存和 I/O 地址区可被重新映射, 通过配置交易. 那是, 在系统 启动时固件初始化 PCI 硬件, 映射每个区到不同地址来避免冲突.[41]这些区当前被映射到 的地址可从配置空间读出, 因此 Linux 驱动可存取它的设备而不用探测. 在读取了配置 寄存器后, 驱动可安全地存取它的硬件.
PCI 配置空间为每个设备包含 256 字节(除了 PCI Express 设备, , 它每个功能有 4 KB 地配置空间), 并且配置寄存器的排布是标准化的. 配置空间的 4 个字节含有一个唯一的 功能 ID, 因此驱动可标识它的设备, 通过查找那个设备的特定的 ID.[42] 总之, 每个设备 板被地理式寻址来获取它的配置寄存器; 这些寄存器中的信息可接着被用来进行正常的 I/O 存取, 不必进一步的地理式寻址.
从这个描述应当清楚, PCI 接口标准对比 ISA 主要的创新是配置地址空间. 因此, 除了 通常的驱动代码, 一个 PCI 驱动需要存取配置空间的能力, 为了从冒险的探测任务中解 放自己.
本章的剩余部分, 我们使用词语设备来指一个设备功能, 因为在多功能板的每个功能如同 一个独立的实体. 当我们引用一个设备, 我们的意思是"域号, 总线号, 设备号, 和功能 号"的组合.
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