BAR寄存器 读写

BAR寄存器：

• Base Address Register0~5：即BAR寄存器，保存PCI设备使用的地址空间的基地址，保存设备在PCI总线域中的地址，每个设备最多可以有6个基址空间；
• PCI设备复位之后，存放PCI设备需要使用的基地址空间大小，该空间是I /O空间还是存储器空间等信息；
• 软件对PCI总线进行配置时，首先获得BAR寄存器中的初始化信息，之后根据处理器系统的配置，将合理的基地址写入相应的BAR寄存器中；系统软件还可以使用该寄存器，获得PCI设备使用的BAR空间的长度，通过向BAR寄存器写入0xFFFF-FFFF，之后再读取该寄存器实现；
• 处理器访问PCI设备的BAR空间时，需要使用BAR寄存器提供的基地址；但处理器使用存储器域的地址，而BAR寄存器存放PCI总线域的地址，因此处理器系统并不能直接使用“BAR寄存器+偏移”的方式访问PCI设备的寄存器空间，而需要将PCI总线域的地址转换为存储器域的地址；
• 即使x86处理器系统使能了IOMMU，这两个地址也并不一定相等，因此处理器系统直接使用这个PCI总线域的物理地址，并不能确保访问PCI设备BAR空间的正确性；除此之外在Linux系统中，ioremap函数的输入参数为存储器域的物理地址，而不能使用PCI总线域的物理地址；
• 而在pci_dev -> resource[bar].start参数中保存的地址已经经过PCI总线域到存储器域的地址转换，因此在编写Linux系统的设备驱动程序时，需要使用pci_dev -> resource[bar].start参数中的物理地址，然后再经过ioremap函数将物理地址转换为“存储器域”的虚拟地址，再访问；

PCI标准定义了三种物理地址空间，分别是IO address, Memory address space以及Configuration address space。其中Configuration address space专门用于配置PCI设备，PCI标准规定了标准的configuration space header，每个PCI设备都必须实现，软件通过configuration address space，来访问device的configuration space header，从而可以对device进行配置。

PCI标准要求device将内部寄存器，片上内存等资源map到IO space或者Memory space，从而软件可以通过发起IO/Memory space的读写来访问device的内部资源。PCI标准在configuration space header里预留了6个32-bit的Base address (BAR)，系统软件可以通过往BAR里设置IO/Memory space的基地址，来实现对device内部资源的影射。在设置好这些BAR后，一旦软件发起对这些地址的读写，都会被device截获。

PCI规定32位BAR的低4位为read-only，标识了这个device资源在IO space，32-bit的Memory space还是64-bit的Memory space，以及访问时是否prefetchable。BAR的最后一位标识了是IO space还是Memory space。


    BAR[bit:0] = 1 --- IO space
                  = 0 --- Memory space



在OS启动前，BIOS会预先program好device的各个BAR的基地址，所以一般OS不需要重新去program BAR，但是当device资源出现冲突时，系统也可以通过写BAR的值，来重新修改device的资源影射。

PCI标准规定，先往32位BAR里写0xffffffff，再读取该BAR，就可以得到该BAR的size。如果读到的size为0，说明该BAR没有被device使用。

Power-up software can determine how much address space the device requires by writing a
value of all 1's to the register and then reading the value back. The device will return 0's in
all don't-care address bits, effectively specifying the address space required. Unimplemented
Base Address registers are hardwired to zero.

如果该BAR是64-bit Memory space，则下一个BAR被认为是64位的高32位，64位size的高32位，也可以通过同样的方法得到。

64-bit (memory) Base Address registers can be handled the same, except that the second
32-bit register is considered an extension of the first; i.e., bits 32-63. Software writes
0FFFFFFFFh to both registers, reads them back, and combines the result into a 64-bit value.
Size calculation is done on the 64-bit value.

读取base，size以及type的伪代码：

    u32 base, size;
   pci_resource_type type;   (io_space, mem32_space, mem64_space)
   boolean  prefetchable;
    
    //得到base address
   pci_config_read(device, BARi, &base);   

   //得到size
   pci_config_write(device, BAR, 0xffffffff);   
   pci_config_read(device, BAR, &size);

    //重新写回base address，有需要也可以是其他的地址
   pci_config_write(device, BAR, base);    

   //确定type
    if (base & 0x1)
      type = io_space;
    else if((base & 0x6) == 0x4)
      type = mem64_space;
    else
      type = mem32_space;

    prefetchable = (base & 0x8) ? true : false;

    //如果是64-bit Memory space，得到base address和size的高32位，方法相同
    if (type == mem64_space) {
      u64 base64 = base;
      u64 size64 = size;

      //BAR+4指向下一个BAR的位置，此时被认为是64位的高32位
      pci_config_read(device, BAR+4, &base);   

      base64 |= ((u64)base << 32);
      
      pci_config_write(device, BAR+4,   0xffffffff);
      pci_config_read(device, BAR+4, &size);

      size64 |= ((u64)size << 32);
    }