3.1 PCI設備BAR空間的初始化

在PCI Agent設備進行數據傳送之前，係統軟件需要初始化PCI Agent設備的BAR0~5寄存器和PCI橋的Base、Limit寄存器。係統軟件使用DFS算法對PCI總線進行遍曆時，完成這些寄存器的初始化，即分配這些設備在PCI總線域的地址空間。當這些寄存器初始化完畢後，PCI設備可以使用PCI總線地址進行數據傳遞。

值得注意的是，PCI Agent設備的BAR0~5寄存器和PCI橋的Base寄存器保存的地址都是PCI總線地址。而這些地址在處理器係統的存儲器域中具有映像，如果一個PCI設備的BAR空間在存儲器域中沒有映像，處理器將不能訪問該PCI設備的BAR空間。

如上文所述，處理器通過HOST主橋將PCI總線域與存儲器域隔離。當處理器訪問PCI設備的地址空間時，需要首先訪問該設備在存儲器域中的地址空間，並通過HOST主橋將這個存儲器域的地址空間轉換為PCI總線域的地址空間之後，再使用PCI總線事務將數據發送到指定的PCI設備中。

PCI設備訪問存儲器域的地址空間，即進行DMA操作時，也是首先訪問該存儲器地址空間所對應的PCI總線地址空間，之後通過HOST主橋將這個PCI總線地址空間轉換為存儲器地址空間，再由DDR控製器對存儲器進行讀寫訪問。

不同的處理器係統采用不同的機製實現存儲器域和PCI總線域的轉換。如PowerPC處理器使用Outbound寄存器組實現存儲器域到PCI總線域間的轉換，並使用Inbound寄存器組實現PCI總線域到存儲器域間的轉換。

而x86處理器沒有這種地址空間域的轉換機製，因此從PCI設備的角度上看，PCI設備可以直接訪問存儲器地址；從處理器的角度上看，處理器可以直接訪問PCI總線地址空間。但是讀者需要注意，在x86處理器的HOST主橋中仍然有存儲器域與PCI總線域這個概念。隻是在x86處理器的HOST主橋中，存儲器域的存儲器地址與PCI總線地址相等，這種“簡單相等”也是一種映射關係。

3.1.1 存儲器地址與PCI總線地址的轉換

下文根據PowerPC和x86處理器的主橋，抽象出一個虛擬的HOST主橋，並以此為例講述PCI Agent設備之間，以及PCI Agent設備與主存儲器間的數據傳送過程。

我們假設在一個32位處理器中，其存儲器域的0xF000-0000~0xF7FF-FFFF(共128MB)這段物理地址空間與PCI總線的地址空間存在映射關係。

當處理器訪問這段存儲器地址空間時，HOST主橋將會認領這個存儲器訪問，並將這個存儲器訪問使用的物理地址空間轉換為PCI總線地址空間，並與0x7000-0000~0x77FF-FFFF這段PCI總線地址空間對應。

為簡化起見，我們假定在存儲器域中隻映射了PCI設備的存儲器地址空間，而不映射PCI設備的I/O地址空間。而PCI設備的BAR空間使用0x7000-0000~0x77FF-FFFF這段PCI總線域的存儲器地址空間。

在這個HOST主橋中，存儲器域與PCI總線域的對應關係如圖3?1所示。

當PCI設備使用DMA機製，訪問存儲器域地址空間時，處理器係統同樣需要將存儲器域的地址空間反向映射到PCI總線地址空間。假設在一個處理器係統中，如果主存儲器大小為2GB，其在存儲器域的地址範圍為0x0000-0000~0x7FFF-FFFF，而這段地址在PCI總線域中對應的“PCI總線地址空間”為0x8000-0000~0xFFFF-FFFF。

因此PCI設備進行DMA操作時，必須使用0x8000-0000~0xFFFF-FFFF這段PCI總線域的地址，HOST主橋才能認領這個PCI總線事務，並將這個總線事務使用的PCI總線地址轉換為存儲器地址，並與0x0000-0000~0x7FFF-FFFF這段存儲器區域進行數據傳遞。

在一個實際的處理器係統中，很少有係統軟件采用這樣的方法，實現存儲器域與PCI總線域之間的映射，“簡單相等”還是最常用的映射方法。本章采用圖3?1的映射關係，雖然增加了映射複雜度，卻便於讀者深入理解存儲器域到PCI總線域之間的映射關係。下文將以這種映射關係為例，詳細講述PCI設備BAR0~5寄存器的初始化。

3.1.2 PCI設備BAR寄存器和PCI橋Base、Limit寄存器的初始化

PCI橋的Base、Limit寄存器保存“該橋所管理的PCI子樹”的存儲器或者I/O空間的基地址和長度。值得注意的是，PCI橋也是PCI總線上的一個設備，在其配置空間中也有BAR寄存器，本節不對PCI橋BAR寄存器進行說明，因為在多數情況下透明橋並不使用其內部的BAR寄存器。下文以圖3?2所示的處理器係統為例說明上述寄存器的初始化過程，該處理器係統使用的存儲器域與PCI總線域的映射關係如圖3?1所示。

在PCI設備的BAR寄存器中，包含該設備使用的PCI總線域的地址範圍。在PCI設備的配置空間中共有6個BAR寄存器，因此一個PCI設備最多可以使用6組32位的PCI總線地址空間，或者3組64位的PCI總線地址空間。這些BAR空間可以保存PCI總線域的存儲器地址空間或者I/O地址空間，目前多數PCI設備僅使用存儲器地址空間。而在通常情況下，一個PCI設備使用2到3個BAR寄存器就足夠了。

為簡化起見，我們首先假定在圖3?2中所示的PCI總線樹中，所有PCI Agent設備隻使用了BAR0寄存器，其申請的數據空間大小為16M字節(即0x1000000字節)而且不可預讀，而且PCI橋不占用PCI總線地址空間，即PCI橋不含有BAR空間。並且假定當前HOST主橋已經完成了對PCI總線樹的編號。

根據以上假設，係統軟件該PCI總線樹的遍曆過程如下所示。

(1)      係統軟件根據DFS算法，係統軟件率先尋找到第一組PCI設備，分別為PCI設備31和PCI設備32，並根據這兩個PCI設備需要的PCI空間大小，從PCI總線地址空間中(0x7000-0000~0x77FF-FFFF)為這兩個PCI設備的BAR0寄存器分配基地址，分別為0x7000-0000和0x7100-0000。

(2)      當係統軟件完成PCI總線3下所有設備的BAR空間的分配後，將初始化PCI橋3的配置空間。這個橋片的Memory Base寄存器保存其下所有PCI設備使用的“PCI總線域地址空間的基地址”，而Memory Limit寄存器保存其下PCI設備使用的“PCI總線域地址空間的大小”。係統軟件將Memory Base寄存器賦值為0x7000-0000，而將Memory Limit寄存器賦值為0x200-0000。

(3)      係統軟件回朔到PCI總線2，並找到PCI總線2上的PCI設備21，並將PCI設備21的BAR0寄存器賦值為0x7200-0000。

(4)      完成PCI總線2的遍曆後，係統軟件初始化PCI橋2的配置寄存器，將Memory Base寄存器賦值為0x7000-0000，Memory Limit寄存器賦值為0x300-0000。

(5)      係統軟件回朔到PCI總線1，並找到PCI設備11，並將這個設備的BAR0寄存器賦值為0x7300-0000。並將PCI橋1的Memory Base寄存器賦值為0x7000-0000，Memory Limit寄存器賦值為0x400-0000。

(6)      係統軟件回朔到PCI總線0，並在這條總線上發現另外一個PCI橋，即PCI橋4。並使用DFS算法繼續遍曆PCI橋4。首先係統軟件將遍曆PCI總線4，並發現PCI設備41和PCI設備42，並將這兩個PCI設備的BAR0寄存器分別賦值為0x7400-0000和0x7500-0000。

(7)      係統軟件初始化PCI橋4的配置寄存器，將Memory Base寄存器賦值為0x7400-0000，Memory Limit寄存器賦值為0x200-0000。係統軟件再次回到PCI總線0，這一次係統軟件沒有發現新的PCI橋，於是將初始化這條總線上的所有PCI設備。

(8)      PCI總線0上隻有一個PCI設備，PCI設備01。係統軟件將這個設備的BAR0寄存器賦值為0x7600-0000，並結束整個DFS遍曆過程。