PCIE掃描過程

1. PCIE掃描過程

從按下PC的電源按鈕開始，BIOS就接管系統控制權開始工作，它會先進行一些內存和設備的初始化工作（當然，也包括PCI設備），由于商業上的原因，Phoenix等廠商的BIOS代碼需要授權協議，下面以另外一款開源BIOS（openbios）為例，來剖析BIOS中，PCIe設備是如何被找到以及初始化的。

PCI設備的掃描是基于深度優先搜索算法（DFS：Depth First Search)，也就是說，下級分支最多的PCI橋將最先完成其子設備的掃描。下面以圖片來具體說明，BIOS是如何一步步完成PCI 設備掃描的。

第一步：PCI Host 主橋掃描Bus 0上的設備（在一個處理器系統中，一般將與HOST主橋直接相連的PCI總線被命名為PCI Bus 0），系統首先會忽略Bus 0上的D1，D2等不會掛接PCI橋的設備，主橋發現Bridge 1后，將Bridge1下面的PCI Bus定為 Bus 1，系統將初始化Bridge 1的配置空間，并將該橋的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分別設置成0和1，以表明Bridge1的上游總線是0，下游總線是1，由于還無法確定Bridge1下掛載設備的具體情況，系統先暫時將Subordinate Bus Number設為0xFF。如圖 1.1所示：

圖 1.1  PCIE掃描第一步

第二步：系統開始掃描Bus 1，將會發現Bridge 2。系統將Bridge 2下面的PCI Bus定為Bus 2，并將該橋的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分別設置成1和2，和上一步一樣暫時把Bridge 2的Subordinate Bus Number設為0xFF。如圖 1.2所示：

圖 1.2 PCIE掃描第二步

第三步：

系統繼續掃描Bus 2，將會發現Bridge 4。系統將Bridge 4下面的PCI Bus定為Bus 3，并將該橋的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分別設置成2和3，此后

系統繼續掃描后發現Bus 3下面已經沒有任何Bridge了，意味著該PCI總線下已經沒有任何掛載下游總線了，因此Bridge 4的Subordinate Bus Number的值已經可以確定為3了。

如圖 1.3所示：

圖 1.3 PCIE掃描第三步

第四步：

完成Bus 3的掃描后，系統返回到Bus 2繼續掃描，發現Bus 2下面已經沒有其他Bridge了。此時Bridge 2的Subordinate Bus Number的值也已經可以確定為3了。如圖 1.4所示：

圖 1.4 PCIE掃描第四步

第五步：

完成Bus 2的掃描后，系統返回到Bus1繼續掃描，會發現Bridge 3，系統將Bridge 3下面的PCI Bus定為Bus 4。并將Bridge 4的Primary Bus Number 和 Secondary Bus Number寄存器分別設置成1和4，此后系統繼續掃描后發現Bus 4下面已經沒有任何Bridge了，意味著該PCI總線下已經沒有掛載任何下游總線了，因此Bridge 3的Subordinate Bus Number的值已經可以確定為4了。如圖 1.5所示：

圖 1.5 PCIE掃描第五步

第六步：

完成Bus 4的掃描后，系統返回到Bus 1繼續掃描， 發現Bus 1下面已經沒有其他Bridge了。此時Bridge 1的Subordinate Bus Number的值已經可以確定為4，系統返回Bus 0繼續掃描（Bus 0下如果有其他它Bridge，將重復上述的步驟進行掃描）。至此，本例中的整個PCI的設備掃描已經完成了。最終的設備和總線的掃描結果如圖 1.6所示

圖 1.6 PCIE掃描第六步

一般來說，可以通過兩個寄存器來訪問PCI的配置空間（寄存器CONFIG_ADDRESS與CONFIG_DATA），在x86體系下，這兩個寄存器分別對應0xCF8和0xCFC端口，對配置空間的訪問都是通過對這兩個寄存器的讀寫來實現先。CONFIG_ADDRESS寄存器的具體位組成如圖 1.7所示：

圖 1.7 x86配置寄存器

Bus Number : 總線號（8 bit)，范圍0--255。

Device Number: 設備號（5 bit)，范圍0--31。

Function Number: 功能號（3 bit)，范圍0--7。

Register Number: 寄存器號（6 bit),范圍0--63（配置空間一共256個字節，分割成64個4字節的寄存器，從0--63編號）。

每個PCI設備可根據上圖所示的四個信息：Bus Number, Device Number, Function Number，Register Number來進行具體設備的定位并對其配置空間訪問。當訪問PCI設備的配置空間時，先根據以上格式設置CONFIG_ADDRESS寄存器，然后再讀取CONFIG_DATA寄存器即可得到相應的配置空間寄存器的值。通過以上這些步驟，BIOS就完成了所有PCI設備的掃描，并且為每個設備分配好了系統資源。