如何知道或设置一个 PCI/PCIe 设备地址 map？

Question

我试图了解如何指示 CPU 指示 PCI 设备 map 其 memory 到 CPU 的物理地址。

我已阅读https://wiki.osdev.org/PCI#Memory_Mapped_PCI_Configuration_Space_Access并且了解如何通过 CPU 的 IO 端口配置 PCI 设备：

使用了两个 32 位 I/O 位置，第一个位置 (0xCF8) 命名为 CONFIG_ADDRESS，第二个位置 (0xCFC) 命名为 CONFIG_DATA。 CONFIG_ADDRESS 指定需要访问的配置地址，而对 CONFIG_DATA 的访问将实际生成配置访问，并将数据传输到 CONFIG_DATA 寄存器或从 CONFIG_DATA 寄存器传输数据。

因此，为了配置 PCI 设备，我只需要放置我想要配置的配置地址，而 CONFIG_DATA 就是我放置数据的位置。 这两个都是 I/O 位置，所以我将 I/O 指令放在 CPU 中。

这两个 I/O 位置让我可以访问一个 256 字节的“大寄存器”，我可以用它来配置 PCI 设备。 OSDEV 页面中描述了这个大寄存器的所有字段。 这 2 位很有趣：

Memory 空间 - 如果设置为 1，设备可以响应 Memory 空间访问； 否则，设备的响应被禁用。

I/O Space - 如果设置为 1，设备可以响应 I/O Space 访问； 否则，设备的响应被禁用。

但是除此之外，不清楚如何获取或设置每个 PCI 设备将响应的物理地址空间

Answer 1

这两个 I/O 位置让我可以访问一个 256 字节的“大寄存器”，我可以用它来配置 PCI 设备。

那个“大寄存器”是一个包含许多字段的结构。 其中一个字段是“命令寄存器”，它包含全局启用/禁用标志，可用于禁用设备向总线发送内容的能力（IRQ、从设备写入 memory 等）并响应来自总线（从 CPU 写入设备等）。

其他字段包括“BAR”（基地址寄存器，从设备配置空间中的偏移量 0x10 开始），它告诉设备应该接受哪个地址范围（在 IO 端口空间或物理地址空间中）。 对于这些，设备将被硬连线以使用 IO 端口或物理地址（并且无法更改），并且区域的大小也将被硬连线（并且也无法更改）。 因为这些东西是硬连线的，您可以将零写入 BAR 并找出硬连线的内容（以确定区域的大小，以及设备是否需要 IO 端口空间或物理地址空间）。

幸运的是，固件负责配置 BAR，因此（不包括热插拔设备和“异常情况”）操作系统不需要自己设置 BAR，只需从 BAR 中读取值（由固件设置） ) 来确定设备已配置为使用的地址（在 IO 端口空间或物理地址空间中）。 可悲的是，如果操作系统需要确定区域的大小（例如，并且不能依赖设备驱动程序已经知道其设备的大小），操作系统可能需要读取固件的值，然后执行“写入零到找出区域的大小”，然后恢复固件的值。

当然，PCI 配置空间不会说明 BAR 的用途——由设备驱动程序知道每个区域（由每个 BAR 描述）的用途。

如果操作系统出于某种原因想要（重新）配置 BAR 本身； 那么它要复杂得多，因为您还必须确保任何网桥正确转发对设备的访问（如果网桥后面有多个设备，那么这些设备必须使用网桥将转发的单个更大范围内的子范围）； 并且您必须确保 CPU 的缓存不会破坏所有内容（这主要意味着通过特殊同步同时在所有 CPU 上重新配置 MTRR/内存类型范围寄存器）； 并且您必须确保您不会踩到任何东西（例如，固件、RAM、CPU 等已使用的范围）； 并且必须确保所有内容都在 CPU 可以访问的物理地址空间的一部分中（即使 CPU 有勘误表并通过 CPUID 报告错误的“物理地址位数”）。