用I／O命令访问PCI总线设备配置空间

### 用I/O命令访问PCI总线设备配置空间 #### 摘要 本文通过深入研究PCI协议配置机制，提出了一种直接利用I/O命令访问PCI总线设备配置空间的方法。这种方法大大简化了对PCI设备配置空间的操作过程，使得无需编写复杂的驱动程序也能实现对配置空间的有效管理。文中不仅阐述了该方法的理论基础，还提供了具体的C语言程序示例，并通过实际应用证明了其可行性和有效性。 #### 关键词 - PCI总线 - 配置空间 - 操作系统 - I/O命令 - 程序设计 #### 1. PCI总线配置空间及配置机制 ##### 1.1 配置空间概述 PCI总线配置空间是指存储在PCI设备中的特定区域，用于记录设备的基本信息以及系统分配给设备的资源（如I/O地址、内存地址和中断）。配置空间的主要作用是在系统启动时，由操作系统根据各PCI设备的需求统一进行资源分配，并将这些信息写入配置空间中。这有助于确保各个PCI设备之间的资源不发生冲突。 ##### 1.2 配置空间结构 配置空间的结构分为两部分：预定首区和设备关联区。 - **预定首区**：前64个字节，对于每个PCI设备都是相同的，必须被支持。这部分包含了设备的基本信息，例如设备标识(Device ID)和供应商标识(Vendor ID)等。 - **设备关联区**：位于预定首区之后的部分，由设备制造商根据需要定义。这部分包含了与设备具体功能相关的配置信息。 ##### 1.3 PCI配置机制 PCI总线定义了两种配置机制：配置机制1#和配置机制2#。其中，配置机制2#已不再推荐使用，新的设计应采用配置机制1#。这两种机制都是通过特定的I/O端口（CF8h和CFCh）来访问配置空间。 - **CF8h**：用于产生配置空间地址，当CPU对这个I/O地址进行写操作时，PCI桥会将写入的数据解释为配置空间的地址。 - **CFCh**：用于保存配置空间的读写数据。当CPU对这个I/O地址进行读/写操作时，PCI桥会根据当前CF8h中的地址，执行相应的读/写操作。 #### 2. 直接访问PCI配置空间的方法 ##### 2.1 原理介绍 通过使用简单的I/O命令，可以直接访问PCI总线设备的配置空间。这种方法的关键在于理解和利用PCI协议规定的配置机制1#。具体来说，可以通过对特定的I/O地址（CF8h和CFCh）进行操作，来间接访问PCI设备的配置空间。 - **设置配置空间地址**：通过向CF8h写入一个32位地址，其中包含配置空间地址和使能位（31位），使能位设置为1表示允许访问。 - **读写配置空间**：通过读取或写入CFCh，可以读取或写入配置空间的数据。读取时，PCI桥会将配置空间指定地址的数据送回CPU；写入时，PCI桥会将CPU写入的数据写入配置空间指定地址。 ##### 2.2 C语言程序示例 下面给出一个简单的C语言程序示例，用于读取PCI设备的配置空间中的设备标识(Device ID)和供应商标识(Vendor ID)： ```c #include <stdio.h> #include <windows.h> // 定义I/O端口地址 #define CF8 0xCF8 #define CFC 0xCFC void out32(unsigned int port, unsigned int value) { __outl(port, value); } unsigned int in32(unsigned int port) { return __inl(port); } void read_pci_device_id(int bus, int device, int function) { unsigned int address; unsigned int vendor_id; unsigned int device_id; // 设置配置空间地址 address = (bus << 16) | (device << 11) | (function << 8) | 0x00 | (1 << 31); out32(CF8, address); // 读取供应商标识 vendor_id = in32(CFC); printf("Vendor ID: %04X\n", vendor_id); // 读取设备标识 device_id = in32(CFC); printf("Device ID: %04X\n", device_id); } int main() { // 示例：读取第一个PCI设备的信息 read_pci_device_id(0, 0, 0); return 0; } ``` #### 3. 实际应用 本方法已经在实际项目中得到了验证，证明了通过简单I/O命令直接访问PCI总线设备配置空间的可行性。这种方法不仅大大减少了驱动程序开发的工作量，而且提高了开发效率。特别是在需要快速测试或调试PCI设备的情况下，这种方法尤为有效。 #### 结论 通过对PCI协议配置机制的深入研究，本文提出了一种利用I/O命令直接访问PCI总线设备配置空间的方法。该方法不仅简化了PCI设备配置空间的操作流程，而且还提供了一种无需编写复杂驱动程序就能实现配置空间管理的有效手段。通过实际应用的验证，进一步证明了这种方法的实用价值。