Linux ARM平台开发系列讲解（PCIE） 2.13.1 从软件的角度去理解PCIE

1. 概述

PCI总线和设备树是硬件体系内很重要的组成部分，几乎所有的外围硬件都以这样或那样的形式连接到PCI设备树上。虽然Intel为了方便各种IP的接入而提出IOSF总线，但是其主体接口(primary interface)还依然是PCIe形式。我们先从软件角度去理解PCIE，这样会更容易理解，因为PCIE难点在于硬件实现，它简化了很多硬件物理层协议。

2. PCI/PCIE书籍推荐

• 《PCI Express Technology》，Mike Jackson, Ravi Budruk; MindShare, Inc;
• 《PCIe扫盲系列博文》，作者Felix，这是对《PCI Express Technology》的理解与翻译;
• 《PCI EXPRESS体系结构导读 (王齐)》;
• 《PCI Express_ Base Specification Revision 4.0 Version 0.3 ( PDFDrive )》;
• 《NCB-PCI_Express_Base_5.0r1.0-2019-05-22》
• 《 Linux驱动开发》韦东山

3. 最容易访问的设备是什么

在学习PCI/PCIE之前，我们要回归原点，CPU访问最容易的设备就是内存，我们访问内存只需要知道他的地址，然后通过指针直接访问即可，如下：

volatile unsigned int *p = 某个地址;
unsigned int val;
*p = val;  /* 写 */
val = *p;  /* 读 */
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除了上述的内存外，还有很多设备也支持这样的访问模式，他们被统一成为“ram-like”接口
ram-like接口特点如下：

• 要发出地址：有地址线；
• 要读写数据：有数据线；
• 怎么分辨是读还是写：有读写信号；
• 众多"ram-like"设备共享上面的信号，怎么才能互不影响？每个设备都有自己的片选信号。
  ram-like体系如下图：
  

• 如上图， CPU访问RAM、Flash和GPIO等设备都是通过访问内存控制器去间接性访问这些设备；
• 如何使能这些设备？ 很显然，内存控制器是通过和设备间划分内存区域，通过内存地址，识别出访问的是哪一个设备；
• 如何读写设备？关键在于：内存控制器，它会根据地址范围发出对应的片选信号，选中对应的设备，然后进行数据读写。

4. 理解PCI和PCIE的关键

4.1 地址空间转换

如下图，就是CPU接口通过PCIE控制器访问PCIE设备示意图：

4.2 PCI接口速览

4.3 PCIe接口速览

5. 访问PCI/PCIe设备的流程

5.1 PCI/PCIe设备的配置信息

PCI/PCIe设备上有配置空间(配置寄存器)，用来表明自己"需要多大的地址空间"。

• 注意，这是PCI/PCIe地址空间。

5.2 主机读取设备配置信息、分配空间

• 主机上的程序访问PCI/PCIe设备，读出配置信息。

• 分配地址空间：注意，分配的是PCI/PCIe地址空间。

• 把地址空间首地址写入设备。

5.3 CPU地址空间和PCI/PCIe地址空间怎么转换？

假设CPU发出的addr_cpu，是用来方位PCI设备的，转换关系为：

• 在PCI/PCIe控制器中，有某个寄存器，有来保存offset值。

addr_pci  = addr_cpu + offset
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5.4 主机像读写内存一样访问设备

• 示例代码如下：

volatile unsigned int *p = addr_cpu;
unsigned int val;
*p = val;  /* 写, 硬件会把addr_cpu转换为addr_pci去写PCI/PCIe设备 */
val = *p;  /* 读, 硬件会把addr_cpu转换为addr_pci去读PCI/PCIe设备 */
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