计算机的pci认识

标题：计算机的pci认识
作者：maccoray
时间：2009-12-21 17:38
链接：http://bbs.pediy.com/showthread.php?t=103503

这篇文章源于对<<windows驱动开发技术详解>>这本书的读后感，这本书奇怪的很，开始就会介绍ddk安装,nt,wdm类型驱动的helloworld编写，然后讲nt驱动的构架，irp的串型，并行，wdm驱动实现电源管理，看完这些之后我当时是一个头两个大，不知道它想说啥，也不知道看完这本书之后自己能够干啥。所以为自己这60多块钱感叹不值，将它束之高阁了数月，这两天突然不知哪来的兴趣，就拿下来又看了看，这次直接看的其中一章，实用篇<pci设备驱动>。
  这篇文章写的还算是一般晦涩，主要介绍了pci的发展，原理，以及到后面的具体开发步骤，继承了这本书的特点，到了真正实用的地方，总是一笔带过，叫你抓不到具体如何实现的精髓。
  pci是现在计算机主板总线，优胜略汰后的产物，有统一的标准。后来逐渐细分为南桥北桥芯片，南北桥芯片是挂接载原pci总线之上，实现了分类管理的功能。北桥上面挂了，cpu，内存，基本显示处理这些最基础的挂件，而南桥上挂了绝大多数复杂的设备，比如网卡，键盘，硬盘，声卡，等等一大堆。这样对pci是干啥吃的，就有了一定形象化的理解了。
  之后就说，pci总线配置空间，pci总线存储空间等等，说pci总线空间给分成两部分，一部分配置头，一部分配置数据，分别是64byte和192byte，加起来256byte，然后花了一页的功夫獒述了配置数据各部分的意义....看到这里我是麻木了一上午，真的恍惚的厉害，后来因为一句话找到了灵感“Intel公司的VendorID都是8086”，8086这个在大学计算机原理里面学到吐血的东西，它的总线好像就是16位的，16位的地址总线，复用数据总线，然后锁存器，然后ad转换，冥冥之中这些东西似乎有点作用，256=2^16所以，我想pci获取配置的原理是这样的：如果你想获取一个pci的详细配置数据，比如厂家，或者中断号等等，你就要把一个64字节的pci配置头发送到pci总线的高4位总线上，然后锁存起来，自然，这个锁存器是主板帮你做的，你只用做的是把pci配置头初始化好，然后直接发送到0xcf8端口，之后到0xcfc端口上读取数据，一次读4字节，连续读取48次，就读完一个pci设备的配置了。所以看到这里，我猜想，1.设备头初始化过程里面的每一个项是硬件工程师告诉我们的 2.各个pci配置内容是硬件工程师设计好的，而我们要做的工作仅仅只是把中断注册到系统里(IoConnectInerrupt)，然后等待这个中断触发，然后处理它。
  而处理pci中断的过程，似乎和READ_REGISTER_XX还有READ_WRITE_REGISTER_XX函数息息相关。

整个的读取过程就在下面：
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
//使用CTL_CODE必须加入winioctl.h
#include <winioctl.h>
#include "..\NT_Driver\Ioctls.h"

DWORD In_32(HANDLE hDevice,USHORT port)
{
  DWORD dwOutput ;
  DWORD inputBuffer[2] =
  {
    port,//对port进行操作
    4//1代表8位操作，2代表16位操作，4代表32位操作
  };
  DWORD dResult;

  DeviceIoControl(hDevice, READ_PORT, inputBuffer, sizeof(inputBuffer), &dResult, sizeof(DWORD), &dwOutput, NULL);

  return dResult;

}
void Out_32(HANDLE hDevice,USHORT port,DWORD value)
{
  DWORD dwOutput ;
  DWORD inputBuffer[3] =
  {
    port,//对port进行操作
    4,//1代表8位操作，2代表16位操作，4代表32位操作
    value//输出字节
  };

  DeviceIoControl(hDevice, WRITE_PORT, inputBuffer, sizeof(inputBuffer), NULL, 0, &dwOutput, NULL);
}

/* PCI配置空间寄存器 */
#define PCI_CONFIG_ADDRESS      0xCF8
#define PCI_CONFIG_DATA         0xCFC

#define PCI_TYPE0_ADDRESSES             6
#define PCI_TYPE1_ADDRESSES             2
#define PCI_TYPE2_ADDRESSES             5

typedef struct _PCI_COMMON_CONFIG {
    USHORT  VendorID;                   // (ro)
    USHORT  DeviceID;                   // (ro)
    USHORT  Command;                    // Device control
    USHORT  Status;
    UCHAR   RevisionID;                 // (ro)
    UCHAR   ProgIf;                     // (ro)
    UCHAR   SubClass;                   // (ro)
    UCHAR   BaseClass;                  // (ro)
    UCHAR   CacheLineSize;              // (ro+)
    UCHAR   LatencyTimer;               // (ro+)
    UCHAR   HeaderType;                 // (ro)
    UCHAR   BIST;                       // Built in self test

    union {
        struct _PCI_HEADER_TYPE_0 {
            ULONG   BaseAddresses[PCI_TYPE0_ADDRESSES];
            ULONG   CIS;
            USHORT  SubVendorID;
            USHORT  SubSystemID;
            ULONG   ROMBaseAddress;
            UCHAR   CapabilitiesPtr;
            UCHAR   Reserved1[3];
            ULONG   Reserved2;
            UCHAR   InterruptLine;      //
            UCHAR   InterruptPin;       // (ro)
            UCHAR   MinimumGrant;       // (ro)
            UCHAR   MaximumLatency;     // (ro)
        } type0;

// end_wdm end_ntminiport end_ntndis

        //
        // PCI to PCI Bridge
        //

        struct _PCI_HEADER_TYPE_1 {
            ULONG   BaseAddresses[PCI_TYPE1_ADDRESSES];
            UCHAR   PrimaryBus;
            UCHAR   SecondaryBus;
            UCHAR   SubordinateBus;
            UCHAR   SecondaryLatency;
            UCHAR   IOBase;
            UCHAR   IOLimit;
            USHORT  SecondaryStatus;
            USHORT  MemoryBase;
            USHORT  MemoryLimit;
            USHORT  PrefetchBase;
            USHORT  PrefetchLimit;
            ULONG   PrefetchBaseUpper32;
            ULONG   PrefetchLimitUpper32;
            USHORT  IOBaseUpper16;
            USHORT  IOLimitUpper16;
            UCHAR   CapabilitiesPtr;
            UCHAR   Reserved1[3];
            ULONG   ROMBaseAddress;
            UCHAR   InterruptLine;
            UCHAR   InterruptPin;
            USHORT  BridgeControl;
        } type1;

        //
        // PCI to CARDBUS Bridge
        //

        struct _PCI_HEADER_TYPE_2 {
            ULONG   SocketRegistersBaseAddress;
            UCHAR   CapabilitiesPtr;
            UCHAR   Reserved;
            USHORT  SecondaryStatus;
            UCHAR   PrimaryBus;
            UCHAR   SecondaryBus;
            UCHAR   SubordinateBus;
            UCHAR   SecondaryLatency;
            struct  {
                ULONG   Base;
                ULONG   Limit;
            }       Range[PCI_TYPE2_ADDRESSES-1];
            UCHAR   InterruptLine;
            UCHAR   InterruptPin;
            USHORT  BridgeControl;
        } type2;

// begin_wdm begin_ntminiport begin_ntndis

    } u;

    UCHAR   DeviceSpecific[192];

} PCI_COMMON_CONFIG, *PPCI_COMMON_CONFIG;

typedef struct _PCI_SLOT_NUMBER {
    union {
        struct {
            ULONG   FunctionNumber:3;
      ULONG   DeviceNumber:5;
            ULONG   Reserved:24;
        } bits;
        ULONG   AsULONG;
    } u;
} PCI_SLOT_NUMBER, *PPCI_SLOT_NUMBER;

void DisplayPCIConfiguation(HANDLE hDevice,int bus,int dev,int func)
{
  DWORD  dwAddr;
  DWORD  dwData;

  PCI_COMMON_CONFIG pci_config;
  PCI_SLOT_NUMBER SlotNumber;

  SlotNumber.u.AsULONG = 0;
  SlotNumber.u.bits.DeviceNumber = dev;
  SlotNumber.u.bits.FunctionNumber = func;

  dwAddr = 0x80000000 | (bus <<16) | (SlotNumber.u.AsULONG<<8);

  /* 256字节的PCI配置空间 */
  for (int i = 0; i < 0x100; i += 4)
  {
    /* Read */
    Out_32(hDevice,PCI_CONFIG_ADDRESS, dwAddr | i);
    dwData = In_32(hDevice,PCI_CONFIG_DATA);
    memcpy( ((PUCHAR)&pci_config)+i,&dwData,4);
  }

  printf("bus:%d\tdev:%d\tfunc:%d\n",bus,dev,func);

  printf("VendorID:%x\n",pci_config.VendorID);
  printf("DeviceID:%x\n",pci_config.DeviceID);
  printf("Command:%x\n",pci_config.Command);
  printf("Status:%x\n",pci_config.Status);
  printf("RevisionID:%x\n",pci_config.RevisionID);
  printf("ProgIf:%x\n",pci_config.ProgIf);
  printf("SubClass:%x\n",pci_config.SubClass);
  printf("BaseClass:%x\n",pci_config.BaseClass);
  printf("CacheLineSize:%x\n",pci_config.CacheLineSize);
  printf("LatencyTimer:%x\n",pci_config.LatencyTimer);
  printf("HeaderType:%x\n",pci_config.HeaderType);
  printf("BIST:%x\n",pci_config.BIST);
  for (i=0;i<6;i++)
  {
    printf("BaseAddresses[%d]:0X%08X\n",i,pci_config.u.type0.BaseAddresses[i]);
  }
  printf("InterruptLine:%d\n",pci_config.u.type0.InterruptLine);
  printf("InterruptPin:%d\n",pci_config.u.type0.InterruptPin);
}

int main()
{
  HANDLE hDevice =
    CreateFile("\\\\.\\HelloDDK",
          GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
          0,    // share mode none
          NULL,  // no security
          OPEN_EXISTING,
          FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
          NULL );    // no template

  if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
  {
    printf("Failed to obtain file handle to device: "
      "%s with Win32 error code: %d\n",
      "MyWDMDevice", GetLastError() );
    return 1;
  }

  DisplayPCIConfiguation(hDevice,2,1,0);

  CloseHandle(hDevice);

  return 0;
}
  之后，这本书介绍了现在微软流行的wdm编程模型，才了解到，wdm出现的原因是这样的，因为硬件这些固有的东西，我们的微软想叫他们统一写到一个配置文件里面，就像我们编写界面程序常会跟一个配置文件一样，有了这些配置文件，以后如果我们需要改界面的颜色，字体就不要从新编写程序了。而硬件wdm驱动也是这样，当发现中断号冲突，或者生产厂家写错了，硬件工程师改一下，而我们软件工程师就只用改下inf文件就可以了。而为此微软也开发了一个基于南北桥芯片叫做pdo的驱动模块，之后被我们叫做功能驱动模块，它实现了在一加载，就根据inf信息，获取pci配置数据，并回调inf里面声明的sys入口函数。wdm驱动的出现原因我猜想是应该是这样的，所以inf文件里面包含了大量的硬件信息和本驱动信息，至于要怎么才能写一个最简单的wdm，和inf，以及如何和硬件工程师配合一下，完成未知硬件的驱动，因为书上没提，而我的条件又比较有限，到此戛然而止。
  以上是我个人看完书后，对pci的一些理解，可能有误解的地方，也有猜想的地方，所以提上来大家一起讨论，如果有高手请提点，当然，如果有人能给我一个建议叫我如何能够继续进行
“怎么才能写一个最简单的wdm，和inf，和硬件工程师配合，一起完成未知硬件的驱动”这样的研究，我会更加感激。