PCIe 入门 Demo（一）：基础知识

主要参考 up主 芯片人阿伟 的教程【针对 RISC-V 架构】

视频介绍：https://www.bilibili.com/video/BV1Xm4y1V757

源码仓库：https://github.com/oldawei/show_me_the_code

本文主要补充一些详细的注释等，加深对 PCIe 的理解

本人初学 PCI/PCIe，本文以 PCIe 为主，部分句子的主语使用了 PCI，不合适的地方欢迎指出！

部分内容可能选取自部分公开的博客，若没有列出的地方请包含，如侵删！

这一节不涉及太多的细节，旨在从宏观上介绍一下，以对 PCI/PCIe 有一个更全面的认识。

PCIe 子系统拓扑结构如下所示：

1、BDF

如 PCI 一样，每个 PCIe 功能（Function）的标识在其所在的设备内，以及这个设备所连接的总线内，都是唯一的，其标识符一般被称为 “BDF”。对于任意一个 PCIe 拓扑结构，配置软件负责检测出拓扑中的每个 Bus、Device 和 Function，缩写为 BDF。

2、PCI/PCIe 空间

PCIe 主要有两种地址空间 ：

• 配置空间 - 通过 PCIe ecam 基址访问 PCIe 配置空间
• memory 空间 - 通过访问 PCIe mmio 基址访问 PCIe memory 空间

3、配置空间

PCI 配置空间 256B，PCIe 配置空间 4KB，PCIe 兼容 PCI，要求前 256B 等效，将这 256B 命名为 PCI-compatible configuration space（PCI兼容配置空间）

配置空间的前 64B 是配置头部（Header），有两种类型的 Header，分别为 Type 0 和 Type 1。Type 0 Header对于每个 Function 都是必须含有的（除了 Bridge），对于 Bridge Function 来说它使用的是 Type 1 Header。两种类型配置空间的具体内容如下所示：

4、ECAM

PCI Express 配置支持两种配置空间访问机制

• PCI-compatible Configuration Access Mechanism（CAM，PCI 兼容配置访问机制）
• PCI Express Enhanced Configuration Access Mechanism（ECAM，PCI Express 增强型配置访问机制）

ECAM（Enhanced Configuration Access Mechanism）利用一个扁平的存储器映射地址空间（MMIO）来访问 PCIe 设备的配置寄存器。从存储器地址空间到 PCI Express 配置空间地址的映射格式参见下表：

在探测一个 PCI 设备时，就是按照 bus、device、function 来计算配置空间基地址：

// ECAM 访问，每个 BDF 对应的 base_addr
base_addr = ecam_base_addr + (bus << 20) | (device<< 15) | (func << 12)

每一个 PCIe/PCI 设备可以只有一个功能（Function），即 Fun0。也可以拥有最多 8 个功能，即多功能设备（Multi-Fun）。需要注意的是，每个设备必须要有功能 0（Fun0），其他的 7 个功能（Fun1~Fun7）都是可选的。不管这个 PCI/PCIe 设备拥有多少个功能，其每一个功能都有一个唯一独立的配置空间（Configuration Space）与之对应。

一个子系统上最多有 256 个 PCI 总线，每个总线最多有 32 个 PCI 设备，每个 PCI 设备最多有 8 个功能，每个功能最多有 256B 的配置地址空间，PCI 系统总的配置空间是 16MB。

PCIe 系统中每个功能有4KB的配置空间，总的配置空间为 256MB。

5、PCIe BAR

BAR - Base Address Register, 即基址寄存器

BAR（base address registers）就是为了把设备的内部各种资源映射（芯片内部寄存器或者 DDR）到 IO 空间（IO BAR）或者 memory 空间（memory BAR）。下面这张图很好的体现了这点，软件初始化时可以根据 BAR 寄存器获取该 BAR 需要的空间，然后在 MMIO 空间中分配该大小的地址空间，并实现映射（将分配的区域的地址写入 BAR 寄存器中），参考下图中的紫色区域，随后 CPU 可以通过 MMIO 访问 PCIe 设备中的 ROM/RAM，这部分在后续的示例中也会涉及。

配置好 BAR 之后，就涉及到和具体设备相关的内容