Linux 核心--7.PCI设备(2)

6.5　　PCI-PCI　桥接器
PCI-PCI桥接器是一种将系统中所有PCI总线连接起来的特殊PCI设备。在简单系统中只存在一条PCI总线，由于受电气特性的限制，它所连接的PCI设备个数有限。引入PCI-PCI桥接器后系统可以使用更多的PCI设备。对于高性能服务器这是非常重要的。Linux提供了对PCI-PCI桥接器的全面支持。　


6.5.1　　PCI-PCI桥接器：PCI　I/O和PCI　内存窗口
PCI-PCI桥接器将PCI　I/O和PCI内存读写请求中的一个子集向下传送。例如在图6.1中，如果来自PCI　总线0请求是对SCSI或以太设备所拥有的PCI　I/O或PCI内存的读写，则此PCI-PCI桥接器将只需把请求从总线0传递到PCI总线1上；所有其它PCI　I/O和内存地址都将被它忽略。这个过滤使得这些地址信息不会在整个系统中扩散。为了实现这点，PCI-PCI桥接器必须编程为有某个PCI　I/O及PCI内存基址和上限，只有在这个地址范围内的PCI地址访问才能从主干总线传递到二级总线。一旦系统中的PCI-PCI桥接器被设置成这样，则只要当Linux设备驱动程序通过这个窗口访问PCI　I/O和PCI内存空间时，此PCI-PCI桥接器就将变得透明。这样也给Linux　PCI设备驱动编写者提供了方便。我们在稍后的讨论中将看到Linux对PCI-PCI桥接器非常巧妙的配置。　

6.5.2　　PCI-PCI桥接器：PCI配置循环及PCI总线编号方式





图6.3　0类型PCI配置循环　






图6.4　1类型PCI配置循环　

为了让CPU上运行的PCI初始化代码能访问位于分支PCI总线上的设备，必须为桥接器提供某种机制以便它可以决定是否将配置循环从主干接口传递到其二级接口。循环是出现在PCI总线上的一个地址。PCI　标准定义了两种PCI配置寻址格式；类型0和类型1；它们分别如图6.3及6.4所示。类型0　PCI配置循环不包含总线序号,同时在此PCI总线上对应于这个PCI配置地址的所有PCI设备都会来对它们进行解释。类型0　配置循环的11　位到31位用来进行PCI设备选择。有种设计方式是让每位代表系统中一个不同的设备。这时11位对应PCI槽0中的PCI设备而12位标识槽1中的设备等等，如此类推。另外一种方式是直接将设备的槽号写入到位31到11中。系统使用哪种机制依赖于系统PCI内存控制器。　

类型1　PCI配置循环包含一个PCI总线序号,同时这种配置循环将被除桥接器外的所有PCI设备所忽略。所有发现类型1　配置循环的PCI-PCI桥接器把它们看到的地址传递到各自的下级PCI总线。至于PCI-PCI桥接器是否忽略类型1　配置循环或将其传递到PCI总线则依赖于PCI-PCI桥接器的配置方式。每个PCI-PCI桥接器都拥有一个主干总线接口序号以及一个二级总线接口序号。主干总线是那个离CPU最近的PCI总线而二级总线是离它稍远的PCI总线。任何PCI-PCI桥接器还包含一个从属总线序号，这是所有二级总线接口所桥接的PCI总线中序号最大的那个。或者说这个从属总线序号是PCI-PCI桥接器向下连接中PCI总线的最大序号。当PCI-PCI桥接器看到类型1　PCI配置循环时它将进行如下操作：　


如果此总线序号不在桥接器的二级总线序号和从属总线序号之间则忽略掉它。　

如果此总线序号与桥接器的二级总线序号相同则将其转换成类型0　配置命令。　

如果此总线序号位于桥接器的二级总线序号与从属总线序号之间则将它不作改变的传递到二级总线接口中。　
所以如果想寻址PCI-PCI配置例4中总线3上的设备1，我们继续从CPU中产生一个类型1　配置命令。桥接器1将其传递给总线1。桥接器2虽然忽略它但会将其转换成一个类型0　配置命令并送到总线3上，在那里设备1将作出相应反应。　

PCI配置中总线序号由操作系统来分配。但是序号分配策略必须遵循对系统中所有PCI-PCI桥接器都正确的描叙：　

“位于PCI-PCI桥接器后所有的PCI总线必须位于二级总线序号和从属总线序号之间”。　

如果这个规则被打破，则PCI-PCI桥接器将不能正确的传递与转换类型1　PCI配置循环,同时系统将找不到或者不能正确地初始化系统中的PCI设备。为了满足这个序号分配策略，Linux以特殊的顺序配置这些特殊的设备。PCI-PCI总线序号分配一节详细描叙了Linux的PCI桥接器与总线序号分配策略。　


6.6　　Linux　PCI　初始化过程
Linux中的PCI初始化代码逻辑上可分成三个部分：　


PCI　设备驱动　
这个伪设备驱动程序将从总线0开始搜索PCI系统并定位系统中所有的PCI设备与桥接器。它将建立起一个描叙系统拓扑结构的数据结构链表。另外它还为所有的桥接器进行编号。　
　　
PCI　BIOS　
这个软件层提供了在bib-pci-bios定义中描叙的服务。即使Alpha　AXP没有BIOS服务，Linux核心也将为它提供具有相同功能的代码。　
　　
PCI　Fixup　
系统相关补丁代码将整理PCI初始化最后阶段的一些系统相关事物。　

6.6.1　　Linux　核心PCI数据结构



图6.5　Linux核心PCI数据结构　


Linux核心初始化PCI系统时同时也建立了反应系统中真实PCI拓扑的数据结构。　图6.5显示了图6.1所标识的PCI示例系统中数据结构间关系。每个PCI设备（包括PCI-PCI桥接器）用一个pci_dev数据结构来描叙。每个PCI总线用一个pci_bus数据结构来描叙。这样系统中形成了一个PCI总线树，每棵树上由一些子PCI设备组成。由于PCI总线仅能通过PCI-PCI桥接器（除了主干PCI总线0）存取，所以pci_bus结构中包含一个指向PCI-PCI桥接器的指针。这个PCI设备是PCI总线的父PCI总线的子设备。　

在图6.5中没有显示出来的是一个指向系统中所有PCI设备的指针，pci_devices。系统中所有的PCI设备将其各自的pci_dev数据结构加入此队列中。这个队列被Linux核心用来迅速查找系统中所有的PCI设备。　


6.6.2　　PCI设备驱动
PCI设备驱动根本不是真正的设备驱动，它仅是在系统初始化时由操作系统调用的一些函数。PCI初始化代码将扫描系统中所有的PCI总线以找到系统中所有的PCI设备（包括PCI-PCI桥接器）。　

它通过PCI　BIOS代码来检查当前PCI总线的每个插槽是否已被占用。如果被占用则它建立一个pci_dev数据结构来描叙此设备并将其连接到已知PCI设备链表中（由pci_devices指向）。　

首先PCI初始化代码扫描PCI总线0。它将试图读取对每个PCI槽中可能的PCI设备厂商标志与设备标志域。当发现槽被占用后将建立一个pci_dev结构来描叙此设备。所有这些PCI初始化代码建立的pci_dev结构（包括PCI-PCI桥接器）将被连接到一个单向链表pci_devices中。　

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