《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第I篇 第2章 PCI总线的桥与配置（9）

接前一篇文章：《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第I篇 第2章 PCI总线的桥与配置（8）

2.2 HOST主桥

MPC8548处理器的拓扑结构如图2-2所示：

2.2.3?PCI总线域地址空间到存储器域地址空间的转换

MPC854处理器使用Inbound寄存器组将PCI总线域地址转换为存储器域的地址。PCI设备进行DMA读写时，只有访问的地址在Inbound窗口中时，HOST主桥才能接收这些读写请求，并将其转发到存储器控制器。MPC8548处理器提供了3组Inbound寄存器，即提供3个Inbound寄存器窗口（Outbound是5个），实现PCI总线地址到存储器地址的反向映射。

从PCI设备的角度来看，PCI设备访问存储器域的地址空间时，首先需要通过Inbound窗口将PCI总线地址转换为存储器域的地址；而从处理器的角度来看，处理器必须将存储器地址通过Inbound寄存器组反向映射为PCI总线地址空间，才能被PCI设备访问。

PCI设备只能使用PCI总线地址访问PCI总线域的地址空间。HOST主桥将这段地址空间通过Inbound窗口转换为存储器域的地址之后，PCI设备才能访问存储器域地址空间。这个地址转换过程如图2?5所示：

在介绍MPC8548处理器如何使用Inbound寄存器组进行PCI总线域地址空间到存储器域地址空间的转换之前，我们首先简要介绍Inbound寄存器组中的相应寄存器。该组寄存器的地址偏移、属性和复位值如表2?3所示：

表2-3 PCI/X ATMU Inbound 寄存器组

偏移	寄存器名	属性	复位值
0x0_8DA0/C0/E0	PITARn	可读写	0x00000000
0x0_8DA8/C8/E8	PIWBARn	可读写	0x00000000
0x0_8DAC/CC	PIWBEARn	可读写	0x00000000
0x0_8DB0/D0/F0	PIWARn	可读写	0x00000000

值得注意的是，Inbound寄存器组除了可以进行PCI总线地址空间到存储器域地址空间的转换之外，还可以转换分属不同PCI总线域的地址空间，以支持PCI总线的Peer-to-Peer数据传送方式。

（1）PITARn

PITARn寄存器保存当前Inbound窗口在存储器域中的36位地址空间的基地址，其地址窗口的大小至少为4KB，因此在该寄存器中仅存放存储器域地址的第0~23位，该寄存器的其主要字段如下所示：

• TEA字段存放存储器地址空间的第0~3位。
• TA字段存放存储器地址空间的第4~23位。

（2）PIWBARn和PIWBEARn寄存器

PIWBARn和PIWBEARn寄存器保存当前Inbound窗口在PCI总线域中的64位地址空间的基地址的第63~12位，Inbound窗口使用的最小地址空间为4KB，因此在这两个寄存器中不含有PCI总线地址空间的第11~0位。这两个寄存器的主要字段如下所示：

• PIWBARn寄存器的BEA字段存放PCI总线地址空间的第43~32位。
• PIWBARn寄存器的BA字段存放PCI总线地址空间的第31~12位。
• PIWBEARn寄存器的BEA字段存放PCI总线地址空间的第63~44位。

（3）PIWARn寄存器

PIWARn寄存器描述当前Inbound窗口的属性，该寄存器由以下位和字段组成：

• EN位，第0位。该位是Inbound窗口的使能位，为1表示当前Inbound寄存器组描述的存储器地址空间到PCI总线地址空间的映射关系有效；为0表示无效。

• PF位，第2位。该位为1表示当前Inbound窗口描述的存储区域支持预读；为0表示不支持预读。
• TGI字段，第8~11位。该字段为0b0010表示当前Inbound窗口描述的存储区域属于PCIe总线域地址空间；为0b1100表示当前Inbound窗口描述的存储区域属于RapidIO总线域地址空间。该字段对于OCeaN实现不同域间的报文转发非常重要，如果当前Inbound窗口的TGI字段为0b0010，此时PCI总线上的设备可以使用该Inbound窗口，通过OCeaN直接读取PCIe总线的地址空间，而不需要经过SoC平台总线；如果TGI字段为0b1111表示Inbound窗口描述的存储器区域属于主存储器地址空间，这也是最常用的方式。使用该字段可以实现HOST主桥的Peer-to-Peer数据传送方式。
• RTT字段和WTT字段，分别为该寄存器的第12~15位和第16~19位。Inbound窗口的RTT/WTT字段的含义与Outbound窗口的RTT/WTT字段基本类似。只是在Inbound窗口中可以规定PCI设备访问主存储器时，是否需要进行Cache一致性操作（Cache Lock and Allocate），在进行DMA写操作时，数据是否可以直接进入到Cache中。该字段是PowerPC处理器对PCI总线规范的有效补充，由于该字段的存在，PowerPC处理器的PCI设备可以将数据直接写入Cache，也可以视情况决定DMA操作是否需要进行Cache共享一致性操作。
• IWS字段，第26~31位。该字段描述当前窗口的大小，Inbound窗口的大小在4KB~16GB之间，其值为2^IWS+1。

（4）使用Inbound寄存器组进行DMA操作

PCI设备使用DMA操作访问主存储器空间，或者访问其它PCI总线域地址空间时，需要通过Inbound窗口，其步骤如下：

1) PCI设备在访问主存储器空间时，将首先检查当前PCI总线地址是否在PIWBARn和PIWBEARn寄存器描述的窗口中。如果在这个窗口中，则将这个PCI总线地址通过PITARn寄存器转换为存储器域的地址或者其他PCI总线域的地址；如果不在，将禁止本次访问。

2）如果PCI设备访问的是存储器地址空间，HOST主桥将来自PCI总线的读写请求发送到存储器空间，进行存储器读写操作，并根据Inbound寄存器组的RTT/WTT位决定是否需要进行Cache一致性操作，或者将数据直接写入到Cache中。

结合Outbound寄存器组，可以发现PCI总线地址空间与存储器地址空间是有一定联系的。如果存储器域地址空间被Inbound寄存器组反向映射到PCI空间，这个存储器地址具有两个地址，一个是在存储器域的地址，一个是在PCI总线域的地址；同理PCI总线空间的地址如果使用Outbound寄存器映射到寄存器地址空间，这个PCI总线地址也具有两个地址，一个是在PCI总线域的地址，一个是在存储器域的地址。

由此可以看出，如果MPC8548处理器的某段存储器区域没有在Inbound窗口中定义时，PCI设备将不能使用DMA机制访问这段存储器空间；同理如果PCI设备的空间不在Outbound窗口，HOST处理器也不能访问这段PCI地址空间。

在绝大多数PowerPC处理器系统中，PCI设备地址空间都在HOST主桥的Outbound窗口中建立了映射；而MPC8548处理器可以选择将哪些主存储器空间共享给PCI设备，从而对主存储器空间进行保护。

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