PCI總線配置與應用

1、 這篇文章是進行VxWorks下PCI驅(qū)動開發(fā)的基礎，故將其放在首位。（當然更首位的是您有一定的Vxworks使用和開發(fā)經(jīng)驗）主要介紹PCI總線配置空間，如何查看和讀取PCI配置相關信息，最后有VxWorks下相關的示例代碼。       關鍵字: PCI總線 vxworks PCI配置空間 內(nèi)存映射 PlxPCI9056       我把個人認為比較重要的地方：用粗體和藍色進行了標識。       如果您

2、對文章有異議，請?zhí)岢鰧氋F意見，您的名字和意見，將出現(xiàn)在下面！專用術語解釋:PCI：Peripheral Component Interconnect的縮寫，一種由英特爾（Intel）公司1991年推出的用于定義局部總線的標準。POST： Power On Self Test的縮寫，即上電自檢，接通微機的電源后，系統(tǒng)將執(zhí)行一個自我檢查的例行程序，是BIOS功能的一部分。1 引言      在眾多的實時操作系統(tǒng)(RTOS)中，美國WindRiver公司的嵌入式多任務VxWorks實時操作系統(tǒng)是目前世界上用戶數(shù)量最大的實時操作系統(tǒng)已成功應用于航空航天

3、、武器控制、艦船、通信、科學研究等領域，如在美國的火星探測器、愛國者導彈上均使用了VxWorks實時操作系統(tǒng)。當前在我國該操作系統(tǒng)也占有較大的市場分額。VxWorks操作系統(tǒng)專門對PCI設備提供支持，包括PCI總線驅(qū)動和一套PCI支持函數(shù)。配置總線上的設備還與硬件的體系結(jié)構和BSP支持程度相關。本文結(jié)合PCI原理。談談實際使用中的經(jīng)驗與體會。(上面的是中國的客套話)2 PCI總線架構21典型架構      在典型的PCI總線系統(tǒng)架構中處理器、高速緩存和內(nèi)存子系統(tǒng)通過PCI橋連接至JJPCI總線。橋提供一種高速通道使得處理器可以直接訪問PCI設備

4、。還提供高帶寬的通道允許PCI直接訪問主存。橋也包含了可選擇的功能，比如總線仲裁和熱插拔。22總線號、設備號、功能號       PCI總線可以通過橋芯片級連按與CPU總線所隔的橋數(shù)目和同一層總線的掃描順序，從0開始依次編號，擴展最多N256，0256就是總線號；在指定的局部總線上按硬件掃描順序從O開始依次編號，擴展最多到32。032就是設備號；在一個多功能PCI設備上，最多可以實現(xiàn)8種功能，按設備上配置存儲區(qū)的順序從0開始依次編號，稱其為功能號，一般的設備只有一個功能。這三個號組合起來就可確定唯一的一個PCI設備。以及該設備上的某項

5、功能。通過這三個參數(shù)就可操作PCI設備。3 PCI配置空間       根據(jù)PCI規(guī)范。每個PCI設備都要有一個PCI配置空間，容量最大為256字節(jié)，稱為配置寄存器。配置寄存器是PCI設備的硬件與其初始化軟件信息交接的地方，軟件可以通過它對設備進行識別和監(jiān)控。31 配置空間組織結(jié)構   256字節(jié)的空間分為頭標區(qū)和設備關聯(lián)區(qū)兩部分，如圖1所示：      PCI設備的頭標區(qū)中寄存器布局和格式大致相同，其布局如圖2所示。頭標區(qū)又分為兩部分，頭16個字節(jié)定義都相同，余下

6、的48個字節(jié)根據(jù)設備的功能類別不同而布局不同。位于0Eh的頭標識類型字段規(guī)定了后48個字節(jié)所用布局。目前的規(guī)范只規(guī)定了00h和01hN個頭標識類型：01h用于PCItoPCI橋。00h用于其余PCI設備。32配置空間的功能      類型O配置空間頭標區(qū)里的寄存器實現(xiàn)了很多功能，這里介紹常用的幾類。(1)設備識別      在頭標區(qū)內(nèi)有五個寄存器是與一個PCI設備的識別有關的。配置軟件通過訪問這些寄存器很容易確定在該PCI總線上有什么PCI設備。這五個寄存器都是只讀的。  &

7、#160;   廠商標識：標識設備的制造廠商，由PCt規(guī)范的權威組織SIG統(tǒng)一分配，以保證唯一性。如Intel公司的標識碼為。8086h”“FFFFh”是無效標識。     設備標識：標識某一設備，由制造廠商分配。     修訂版本標識：標識設備具體的修訂版本，由廠商選擇。     頭標類型：表明頭標區(qū)中10h到3Fh字節(jié)空間的布局類型和該設備是否是多功能設備。位7用來標識一個多功能設備，為1則該設備是多功能設備，為oN是單一功能設備。位6到0規(guī)定頭標區(qū)中

8、10h到3Fh字節(jié)的布局類型，如上所述，目前只有兩類：00h和01h。    分類代碼：該寄存器有三個字節(jié)段：高字節(jié)(0Bh)是基本分類碼，租略地對功能分類：中字節(jié)(0Ah)是子分類碼。標識具體功能；低字節(jié)(09h)標識所用寄存器一級的編程接1：3。(2)設備控制       位于配置空間04h偏移地址處的命令寄存器是控制設備產(chǎn)生和響應PCI周期的，是可讀寫寄存器。其各位定義和作用如下(這里僅描述軟件常用的位)：     I/O空間使能位：控制l，O空間訪問的響應，

9、為1時，允許設備響應IO空間的訪問。為0時禁止。     存儲空間使能位：控制本設備對存儲器空間訪問的響應。為1時允許為0時禁止。(3)基地址      頭標區(qū)中有6個雙字的基地址寄存器，在加電時，6個寄存器向POST軟件反映該設備需要多少存儲器空間和IO空間。POST軟件就此了解到PCI總線上有哪些存儲設備和IO設備。再根據(jù)它們的容量需求將其映射定位到適當?shù)拇鎯ζ鞯刂泛虸O地址。并把起始地址寫入基地址寄存器，再啟動系統(tǒng)。     基地址寄存器<?xml:na

10、mespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />      位0只讀。用來表示此寄存器申請的是存儲器空間還是I0空間。為1則該基址寄存器用于I0空間映射。此時位1是保留位，位231用來把從寄存器映射到系統(tǒng)IO空間，POST再把系統(tǒng)分配的系統(tǒng)IO空間基地址寫回寄存器的231位。      如果位0為0則要映射到存儲器空間。位13是只讀的其中12是類型編碼，表示映射要求，表1列

11、出了類型編碼：64位寄存器占據(jù)兩個字其后面的基地址寄存器的偏移地址要向后推一個雙字，但總?cè)萘坎蛔?，保?個雙字大小。       地址映射       映射過程分為兩個步驟：       (a)確定空間類別和容量要求：讀取各設備基址寄存器，獲取需要的空間和容量。類別可通過最低位0位判斷。容量判斷是把寄存器中的基地址字段的若干低位從硬件上連接到地，從PCI總線向寄存器全寫一1。再讀回其值。由于接了地，讀回的值中，從bi

12、t4(存儲器類型)和bit2(IO類型)到最高位返回的O的個數(shù)反映了所需空間。       (b)分配基地址：POST軟件分配起始地址，并向各寄存器高位字段寫入分配空間的基地址，把寄存器對應的存儲器和lo映射到系統(tǒng)物理地址空間去。3.3 如何得到PCI配置信息?     1.如果你是初次做PCI的驅(qū)動，建議你安裝WinDriver，使用這個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，中斷號等等，可以直觀上感受一下PCI配置。 

13、    2.也可以使用Vxworks下相關的PCI函數(shù)，比如：     STATUS pciDeviceShow(intbusNo/* bus number */)     STATUS pciHeaderShow(intbusNo,intdeviceNo,intfuncNo)33 VxWorks對PCI設備的支持        VxWorks操作系統(tǒng)對PCI設備提供了專門的支持庫，用戶可以利用該

14、庫實現(xiàn)對PCI設備的控制：通過庫里的配置函數(shù)，可以動態(tài)尋找指定PCI設備，并可以讀取和修改該設備的配置空間內(nèi)容。在配置空間的映射過程中這些函數(shù)非常有用，下面列舉幾個常用的函數(shù)，并簡單描述其功能以供參考：pciFindDevice： 查找指定設備，并獲得其總線號，設備號，功能號pciConfigInLong：以雙字為單位讀入指定PCI設備配置空間的配置。sysMmuMapAdd：對指定內(nèi)存大小進行映射。PcIIntConnect：掛接中斷服務程序PciIntDIsconnect： 清除中斷服務程序的掛接PCI支持庫中的函數(shù)較多且功能強大，詳細內(nèi)容可以參照開發(fā)工具Tornado所提供的幫助手冊。3

15、4 VxWorks中PCI設備的地址映射        VxWorks操作系統(tǒng)在加電過程中會對設備執(zhí)行地址映射操作，以便程序正確訪問設備。在使用全面的MMU管理組件時。這個過程是系統(tǒng)自動完成的，但如果系統(tǒng)只包含了基本的MMU功能。用戶就必須手動修改BSP來配置。先簡單了解一下內(nèi)存映射表。在sysLibC中有一張表sysPhysMemDesc描述了系統(tǒng)物理內(nèi)存的分配，如下所示：PHYS_MEMDESC sysPhysMemDesc】=地址和長度參數(shù)必須按頁對齊(4kB4MB的倍數(shù))。f低端內(nèi)存。(void。)LOCAL_MEM

16、LOCALADRS，(void。)LOCALMEMLOCALDRS，0xa0000VMSTATE_MASK FOR_ALL，VMSTATE_FOR_MEMOS，顯示內(nèi)存等。(void。)Oxa0000(void。)Oxa0000，Ox60000。VMSTATEMASK FOR_ALL，VMSTATEFORMEMlO，f為操作系統(tǒng)保留的高端內(nèi)存(void+)Oxl 00000，(void+)Oxl 00000，Ox080000。VMSTATE_MASK_FORALL，VMSTATEFORMEMOS，。r為應用程序保留的高端內(nèi)存。(void)Oxl 800000，(void)Oxl 80000，L

17、OCAL MEMSIZEOxl80000，在sysMemTop()中會改變。，VM-sTATE_MASK_FOR_ALL，VMSTATE_FORMEMOS，用于動態(tài)映射的條目+DUMMYMMUENTRYDUMMYJMUENTRY，：      上面描述了系統(tǒng)物理內(nèi)存在邏輯內(nèi)存中所分配的空間，系統(tǒng)引導時會根據(jù)這里的描述管理內(nèi)存空間。手動配置PCI設備的方法就是根據(jù)PCI基地址寄存器的值在源碼中修改上表。但是通常不推薦這樣做，不然將不能適應硬件環(huán)境的變化而局限了BSP的使用。通常使用的方法是半自動配置方法。所謂半自動方法是相對于包含完整MMU的Vx

18、Works所采用的自動化方法。自動化配置方法將自動發(fā)現(xiàn)PCI設備并自動為其分配所需空間。但是僅包含了基本MMU的VxWorks并不會自動完成上表配置，還需要其他輔助步驟幫助系統(tǒng)映射內(nèi)存，包括為所有設備分配不沖突的內(nèi)存，以及編程使系統(tǒng)找到指定的PCI設備并分配空間。4 PCI設備配置應用實例4. 1自動配置方法       首先根據(jù)設備類型f如顯示設備、網(wǎng)絡設備)查詢總線，以此獲取此類設備的PCI總線號、設備號、功能號、廠商號和設備標識，此處假設系統(tǒng)中沒有同類的設備。然后。根據(jù)總線號、設備號、功能號獲取該設備的PCI配置空間信息，并寫入

19、MMU用于系統(tǒng)物理內(nèi)存分配。42顯示設備的配置        顯示設備的配置，首先要包括VxWo rks系統(tǒng)組件。basic MMU”基本內(nèi)存控制單元。然后再將PCI顯示設備的內(nèi)存空間配置到MMU里面，否則該內(nèi)存空間的訪問會出現(xiàn)異常。如果該內(nèi)存空間是預先知道的，可以在syslibc的sysPhysMemDesc表中靜態(tài)配置：否則需要通過動態(tài)查詢得到，然后再調(diào)用MMU配置函數(shù)加入MMU表。其簡要過程如下：       (1) 在PCI總線上查找顯示設備，并獲取其總線號

20、、設備號和功能號；       (2) 根據(jù)這三個號來讀取該設備的內(nèi)存基地址和需要的內(nèi)存大小(注意：內(nèi)存大小是從開始位到最高位所返回的零的個數(shù)，需要用戶自己計算。內(nèi)存地址要去掉低位非地址含義的位。)；       (3) 在sysLibc的sysHwlnit()函數(shù)中調(diào)用配置函數(shù)sysMmuMapAdd，該函數(shù)將基地址和內(nèi)存大小配置入MMU表，整個配置工作就完成了。5. 實戰(zhàn)代碼 /*Copyright (C), 2010-08-09 - 2010-08-1X,&#

21、160;File name    : PlxPCI9056.c, PCI9056驅(qū)動程序Author       : qcj_21    Version      : V1.0       Date         : 2010-08-05Description :&#

22、160;    此文件為PlxPCI9056的驅(qū)動程序，主要作用是讀取PCI9056的配置信息，將PCI上的8路AD信息映射到內(nèi)存中由于8路AD的整個內(nèi)存空間需求大于1000Byte, 通過Windows下的WinDriver程序查看PCI的基地址，確定BAR2為8路AD的映射空間。特別注意：將PCI9056映射到內(nèi)存空間以后，對該空間的讀寫操作，要用操作內(nèi)存的方式，比如：          *(volatile unsigned char*)(ulPortAddr+ucRe

23、gister) ;Others:        /其它內(nèi)容的說明History:       /修改歷史記錄列表，每條修改記錄應包括修改日期、修改者及修改內(nèi)容簡述     1. Author: Date: Modification:           2. .*/#include <vxWorks.h>#inclu

24、de <drv/pci/pciConfigLib.h>#include <drv/pci/pciLocalBus.h>#include <errnoLib.h>#include <intLib.h>#include <iv.h>#include <sysLib.h>#include <vmLib.h>#include "config.h"#include "PlxPCI9056.h"  #define    VENDOR_

25、ID 0x10B5       /*廠商標識，標識設備的制造廠商*/#define    DEVICE_ID 0x9056       /*設備標識，由制造廠商分配*/LOCAL UINT32 g_nMemBaseAddress = 0;    /*PCI BAR2內(nèi)存映射空間*/LOCAL UINT32 g_nMemSpaceLen    = 0;   

26、/*PIC 內(nèi)存映射空間*/LOCAL UINT32 g_nIOBaseAddress = 0;    /*PCI IO空間*/LOCAL UINT32 g_nCAN_IRQNum     = 0;    /*PCI CAN卡的中斷號*/*/* Function : PlxPCI9056的初始化/*            1. 根據(jù)VENDORID, DEVICEID, Index查找自

27、己的PCI設備/*            2. 讀取PCI配置信息/*            3. 對內(nèi)存空間進行映射/* Input    : 無/* RetValue : 成功返回OK,失敗返回ERROR/* Author   : qcj_21 at 2010-8-5 14:02:19/*/STATUS PCI_CAN_In

28、it(void)int    nIndex            = 0; int    nPciBusNO         = 0;   /*總線號，    0 255*/int    nDeviceNO    

29、60;    = 0;   /*設備號,     0 32*/int    nFuncNO           = 0;   /*設備功能號, 0 8*/UINT32 nMemBaseAddress   = 0;   /*內(nèi)存映射的基地址*/UINT32 nIOBaseAddress   

30、 = 0;   /*IO基地址*/UINT32 nMemSpaceLen      = 0;   /*內(nèi)存映射空間的容量即長度*/UINT32 nIOSpaceLen       = 0;   /*IO空間容量*/UINT32 nIRQNum           = 0;   /*中斷號*/UINT32 nC

31、ommand          = 0;STATUS nStatus           = 0;UINT32 nTemp   = 0;UINT32 nOffset = 0;/*查找指定設備，并獲得其總線號，設備號，功能號*/if( OK != pciFindDevice(VENDOR_ID, DEVICE_ID, nIndex, &nPciBusNO, &nDevice

32、NO, &nFuncNO) )printf("pciFindDevice() functon not find the device !");return ERROR;elseprintf("Find the PCI device !, nIndex = %d, nPciBusNO = %d, nDeviceNO = %d, nFuncNO = %d n", nIndex, nPciBusNO, nDeviceNO, nFuncNO);pciConfigInLong(nPciBusNO, nDeviceNO, nFuncNO, PCI_CFG_C

33、OMMAND, &nCommand);pciConfigOutLong(nPciBusNO, nDeviceNO, nFuncNO, PCI_CFG_COMMAND, nCommand | CSR_MEM_EN | CSR_BM_EN );   nStatus = pciConfigInLong(nPciBusNO, nDeviceNO, nFuncNO, PCI_CFG_BASE_ADDRESS_2, &nMemBaseAddress); /*得到內(nèi)存映射基地址*/if(OK != nStatus) printf("Cannot fin

34、d memory base address register n");nStatus = pciConfigInLong(nPciBusNO, nDeviceNO, nFuncNO, PCI_CFG_BASE_ADDRESS_1, &nIOBaseAddress); /*得到IO映射基地址*/if(OK != nStatus) printf("Cannot find IO base address register n");nStatus = pciConfigInByte(nPciBusNO, nDeviceNO, nFuncNO, PCI_CFG_DE

35、V_INT_LINE,   &nIRQNum);        /*得到中斷號*/if(OK != nStatus) printf("Cannot find Interupt Register. n");g_nCAN_IRQNum = nIRQNum;printf("nMemBaseAddress=%x, nIOBaseAddress=%x, nIRQNum=%d n", nMemBaseAddress, nIOBaseAddress, nIRQN

36、um);if(0 = (nMemBaseAddress&PCI_BAR_SPACE_MEM)    /bit0 = 0, 表示內(nèi)存映射/*首先需要判斷所需內(nèi)存的大小,根據(jù)PCI的規(guī)范，將內(nèi)容全1，寫回就可以得到大小*/pciConfigOutLong(nPciBusNO, nDeviceNO, nFuncNO, PCI_CFG_BASE_ADDRESS_2, 0xFFFFFFFF); pciConfigInLong (nPciBusNO, nDeviceNO, nFuncNO, PCI_CFG_BASE_ADDRESS_2, &nMemSpaceLen); nMemSpaceLen = nMemSpaceLen;    /* 取反 */*nMemSpaceLen += 1;