《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第I篇 第2章 PCI总线的桥与配置（7）

接前一篇文章：《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第I篇 第2章 PCI总线的桥与配置（6）

2.2 HOST主桥

MPC8548处理器的拓扑结构如图2-2所示：

OCeaN部件的拓扑结构如图2-3所示：

2.2.1 PCI设备配置空间的访问机制

为了便于理解，再次贴出图1-1。

PCI总线规定访问配置空间的总线事务，即配置读写总线事务，使用ID号进行寻址。PCI设备的ID号由总线号（Bus Number）、设备号（Device Number）和功能号（Function Number）组成。

• 总线号（Bus Number）

其中，总线号在HOST主桥遍历PCI总线树时确定。PCI总线可以使用PCI桥扩展PCI总线，并形成一棵PCI总线树。在一棵PCI总线树上，有几个PCI桥（包括HOST主桥），就有几条PCI总线。在一棵PCI总线树中，总线号由系统软件决定。通常，与HOST主桥直接相连的PCI总线编号为0，系统软件使用DFS（Depth-First Search，深度优先）算法扫描PCI总线树上的所有PCI总线，并依次进行编号。

• 设备号（Device Number）

一条PCI总线的设备号由PCI设备的IDSEL信号与PCI总线地址线的连接关系确定。

• 功能号（Function Number）

功能号与PCI设备的具体设计相关。在一个PCI设备中，最多有8个功能设备，而且每一个设备都有各自的PCI配置空间。而在绝大多数PCI设备中，只有一个功能设备。

• 寄存器号（Register Number）

HOST主桥使用寄存器号访问PCI设备配置空间的某个寄存器。

在MPC8548处理器的HOST主桥中，与PCI设备配置空间相关的寄存器由CFG_ADDR、CFG_DATA和INT_ACK寄存器组成。系统软件使用CFG_ADDR和CFG_DATA寄存器访问PCI设备的配置空间，而使用INT_ACK寄存器访问挂接在PCI总线上的中断控制器的中断向量。HOST主桥这3个寄存器的地址偏移和属性表如表2-1所示：

表2-1 PCI总线配置寄存器

偏移	寄存器	属性	复位值
0x0000_8000	CFG_ADDR	可读写	0x00000000
0x0000_8004	CFG_DATA	可读写	0x00000000
0x0000_8008	INT_ACK	只读	0x00000000

在MPC8548处理器中，所有内部寄存器都使用存储器映射方式进行寻址，并存放在BASE_ADDR变量为起始地址的“1MB连续的物理地址空间”中。PowerPC处理器可以通过BASE_ADDR+Offset的方式访问表2-1中的寄存器。

MPC8548处理器使用CFG_ADDR寄存器和CFG_DATA寄存器访问PCI设备的配置空间（上边一已提到）。其中用CFG_ADDR寄存器保存PCI设备的ID号和寄存器号，CFG_ADDR寄存器的各个字段的详细说明如下所示：

• Enable位

当该位为1时，HOST主桥使能对PCI设备配置空间的访问。当HOST处理器对CFG_DATA寄存器进行访问时，HOST主桥将对这个寄存器的访问转换为PCI配置读写总线事务并发送到PCI总线上。

• Bus Number字段

Bus Number字段记录PCI设备所在的总线号。

• Device Number字段

Device Number字段记录PCI设备的设备号。

• Function Number字段

Function Number字段记录PCI设备的功能号。

• Register Number字段

Register Number字段记录PCI设备的配置寄存器号。

MPC8548处理器访问PCI设备的配置空间时，首先需要在CFG_ADDR寄存器中设置这个PCI设备对应的总线号、设备号、功能号和寄存器号；然后使能Enable位；之后当MPC8548处理器对CFG_DATA寄存器进行读写访问时， HOST主桥将这个存储器读写访问转换为PCI配置读写请求，并发送到PCI总线上。如果Enable位没有使能，处理器对CFG_DATA的访问不过是一个普通的I/O访问，HOST主桥并不能将其转换为PCI读写配置请求。

HOST主桥根据CFG_ADDR寄存器中的ID号，生成PCI配置读写总线事务，并将该事务通过ID译码方式发送到指定的PCI设备。PCI设备将接收来自配置写总线事务的数据，或者为配置读总线事务提供数据。

值得注意的是，在PowerPC处理器中，在CFG_DATA寄存器中保存的数据采用大端模式进行编址，而PCI设备的配置寄存器采用小端模式编址，因此，HOST主桥需要进行模式转换。下面以源代码2?1为例说明PowerPC处理器如何访问PCI配置空间。

源代码2-1?PowerPC处理器访问PCI配置空间

stw r0, 0(r1)
ld r3,0(r2)

首先假设寄存器r1的初始值为BASE_ADDR+0x0_8000（即CFG_ADDR寄存器的地址），寄存器r0的初始值为0x80000008，寄存器r2的初始值为BASE_ADDR+0x0_8004 （即CFG_DATA寄存器的地址），而指定PCI设备（总线号、设备号、功能号都为0）的配置寄存器的0x0B~0x08中的值为0x99887766。

这段源代码的执行步骤如下：

（1）将r0寄存器的值赋值到r1寄存器所指向的地址空间中，即初始化CFG_ADDR寄存器为0x80000008；

（2）从r2寄存器所指向的地址空间中读取数据到r3寄存器中，即从CFG_DATA寄存器中读取数据到r3寄存器。

在MPC8548处理器中，源代码2?1执行完毕后，寄存器r3保存的值为0x66778899，而不是0x9988-6677。系统程序员在使用这个返回值时，一定要注意大小端模式的转换。

值得注意的是，源代码2?1可以使用lwbrx指令进行优化，该指令可以在读取数据的同时，进行大小端模式的转换。

处理器读取INT_ACK寄存器时，HOST主桥将这个读操作转换为PCI总线中断响应事务。PCI总线中断响应事务的作用是通过PCI总线读取中断控制器的中断向量号，这样做的前提是中断控制器需要连接在PCI总线上。

PowerPC处理器使用的MPIC中断控制器不是挂接在PCI总线上，而是挂接在SoC平台总线上。因此，PCI总线提供的中断应答事务在这个处理器系统中并没有太大用途。但是并不排除某些PowerPC处理器系统使用了挂接在PCI总线上的中断控制器，比如PCI南桥芯片，此时PowerPC处理器系统需要使用中断应答事务读取PCI南桥中的中断控制器，以获取中断向量号。

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