PCI/ru

Шина PCI

Спецификация PCI задаёт один из основных стандартов аппаратной и программной организации современных ПК.

Официальный стандарт распространяется группой PCI SIG [1] для ограниченного круга подписчиков; однако в Сети можно найти исчерпывающую информацию практически обо всех технических деталях.

История создания и эволюции PCI - см. [2]. Здесь лишь кратко напомним, что внедрение шины PCI в середине 90-х привело к мощному рывку в развитии компьютерной техники. Настолько мощному, что уже к началу 2000-х она превратилась в один из тормозящих факторов. В новых системах четко прослеживается тенденция сокращения сектора PCI-карт и вытеснения собственно шины на периферию Южного Моста.

Тем не менее, основные принципы адресации, конфигурирования и программной организации устройств, заложенные стандартом PCI, остаются неизменными.

Принципы адресации устройств

Характерной особенностью шины PCI является наличие трёх адресных пространств:

• от 0 до 6 связных зон адресации портов ввода/вывода;
• от 0 до 7 связных зон адресации внутренней памяти (включая ROM) и отображённых на память устройств ввода/вывода;
• конфигурационное адресное пространство размером 1кб (расширено до 4кб в спецификации PCI Express).

Термин "связная зона" означает некий диапазон адресов, однозначно соответствующих конкретным регистрам ввода/вывода и внутренним ячейкам памяти устройства, не содержащий пустых областей и не пересекающийся с адресными зонами других устройств.

Назначение конкретных адресов каждой из адресных зон производится этапе конфигурации:

• непосредственно после включения питания - под управлением BIOS;
• после загрузки ОС (подгонка под адресную модель ядра и Hotplug) - под управлением шинных драйверов и подсистемы ACPI.

Важно, что само устройство при конфигурации выступает лишь "заказчиком" адресного пространства для своих устройств, указывая требуемый размер каждой зоны ввода/вывода или MMIO (или 0, если данная зона устройству не нужна); конкретные адреса для этих зон выделяются BIOSом или операционной системой в соответствии с имеющимися ресурсами и используемой моделью памяти.

BDF-адрес устройства в системном конфигурационном пространстве (см.ниже) определяется его физическим подключением к конкретному слоту PCI-шины (для интегрированных устройств - схемой разводки сигнальных линий на материнской плате и регистровой моделью чипсета) и поэтому не зависит ни от BIOS, ни от операционной системы.

По окончании конфигурации назначенные адреса хранятся в BAR-регистрах конфигурационного пространства и могут быть прочитаны драйвером и пользовательской программой.

В принципе, PCI-устройство может вообще не иметь никаких ресурсов ввода/вывода - ни портов, ни MMIO); однако его конфигурационное пространство должно существовать в любом случае.

Конфигурационное пространство

Спецификация PCI предусматривает три разных варианта конфигурационных структур для трёх категорий устройств:

1. устройство общего назначения (general-purpose device);
2. мост (bridge) между двумя PCI-совместимыми физическими шинами (напр. между PCI и PCI, PCI-X и PCI, HT и PCIe);
3. мост между PCI и CardBus.

Ниже приведен вариант конфигурационной структуры для обычного устройства PCI

смещение	+0	+1	+2	+3
+0х00	Код производителя		Код устройства
+0х04	Регистр управления		Регистр состояния
+0х08	Ревизия	ProgIF	Подкласс	Класс
+0х0С	Cache Line	LatTmr	Header (0x00 или 0x80)	BIST
+0х10	Регистр базового адреса #0 (BAR0)
+0х14	Регистр базового адреса #1 (BAR1)
+0х18	Регистр базового адреса #2 (BAR2)
+0х1C	Регистр базового адреса #3 (BAR3)
+0х20	Регистр базового адреса #4 (BAR4)
+0х24	Регистр базового адреса #5 (BAR5)
+0х28	0х00 (зарезервировано для CardBus-устройств)
+0х2C	Производитель подсистемы		Код подсистемы
+0х30	Базовый адрес бортового ПЗУ (Extension ROM)
+0х34	Список доп. параметров	Зарезервировано
+0х38	Зарезервировано
+0х3С	Организация аппаратного прерывания		Время захвата системной шины, мкс/4
	Номер IRQ (только для PIC)	Линия (INTA#...INTD#)	Мин. длительность захвата	Макс. допустимое ожидание
+0х40	1-й элемент списка	следующий элемент	Спецсвойства (Capabilities)
. . . 0хFC	Незарезервированная область конфигурационного пространства
	(назначение регистров определяется разработчиком устройства)
+0х100	Расширенные параметры PCI Express			следующий параметр
+0х104	Серийный номер устройства (8 байт)
+0х108
. . . 0хFFC	Расширенная область конфигурационного пространства PCIe
	(назначение регистров определяется разработчиком устройства)

BAR-регистры

Каждое устройство может иметь от нуля до шести диапазонов памяти и/или портов ввода/вывода. Физические адреса этих ресурсов хранятся в системно-доступных 32-битных BAR-ячейках (BAR = Base Address Register) конфигурационного пространства по адресам 0x10-0x24.

Важно, что физические адреса назначаются каждому из диапазонов BIOSом, и в любой момент могут быть переназначены операционной системой. Само устройство не может распоряжаться назначением адресов, но только запрашивает у системы требуемый объем памяти или нужное число портов ввода/вывода для каждого из BAR-диапазонов.

Самый младший бит BAR-регистра всегда равен 0 для памяти и 1 для портов.

В КолибриОС содержимое BAR-регистров может быть прочитано из пользовательского приложения с помощью подфункции 6 сисфункции 62. Пример использования этой функции для энумерации и доступа к бортовой памяти PCI-устройств приведен в программе PCIDEV.

Специальные свойства

Часть конфигурационного пространства PCI может быть занята списком специальных свойств заданного устройства (Capabilities; буквальный перевод - "способности" - в отношении электронного прибора представляется несколько неуместным).

Элемент односвязного списка специальных свойств имеет следующую структуру:

+0 : код спецсвойства (1 байт);
+1 : указатель на конфигурационный адрес следующего элемента, или 0 для последнего элемента списка (1 байт);
+2 : битовые поля спецсвойств (размер и функциональность определяются кодом спецсвойства).

Адресное пространство

Адресация памяти

(продолжение следует)