PCI 中的base address register

PCI设备有很好的可配置型和易操作性，这很大方面要归功于其地址空间的可动态分配的特性。而动态分配地址空间就是依赖于BAR（base address register）实现的。

BAR是PCI配置空间中从0x10 到 0x24的6个register，用来定义PCI需要的配置空间大小以及配置PCI设备占用的地址空间。

每个PCI设备在BAR中描述自己需要占用多少地址空间，bios通过所有设备的这些信息构建一张address map，描述系统中资源的分配情况，然后在合理的将地址空间配置给每个PCI设备。这里主要分为几个部分描述：

1. PCI设备占用的地址空间大小：

这个是根据PCI设备的需求而不同的，这个映射空间不同于配置空间，一般想网卡等设备占用较大的地址空间，而一些串口等设备占用较少的地址空间，而我们知道X86中地址空间又MEM和IO两类，因此PCI 的BAR在bit0来表示该设备是映射到memory还是IO，bar的bit0是readonly的，也就是说，设备寄存器是映射到memory还是IO是由设备制造商决定的，其他人无法修改。

下图是BAR寄存器的结构：

图 1 Base Address Register for Memory

 

图 2 Base Address Register for I/O

      bit0：表示设备寄存器是映射到memory（0）还是IO（1)空间。

bit1:  reserved 0

bit2: 在base adress register for Memory 中0表示32位地址空间，1表示64位地址空间。

bit3:在memory BAR中用来表示该设备是否允许prefetch，1表示可以预取，0表示不可以预区。

其余的bit用来表示设备需要占用的地址空间大小。

BAR通过将某些位设置为只读，且0来表示需要的地址空间大小，比如一个PCI设备需要占用1MB的地址空间，那么这个BAR就需要实现高12bit是可读写的，而20-4bit是只读且位0。地址空间大小的计算方法如下：

    a.向BAR寄存器写全1

    b.读回寄存器里面的值，然后clear 上图中特殊编码的值，(IO 中bit0，bit1， memory中bit0-3)。

    c.对读回来的值去反，加一就得到了该设备需要占用的地址内存空间。

BIOS将系统中所有的PCI设备需要的地址空间大小读出来，然后计算得到一张address map。

bios可以为设备预留大于BAR要求的地址空间，而PCI规范中建议为需要的地址空间少于4KB的设备分配4KB的地址空间。

映射到IO空间的设备每个BAR不能占用大于256byte，在X86系统中IO编址是16位的，此时BAR中的高16bit需要hardware to zero。

2. memory address map构造完成以后需要为设备分配地址空间，此时就是把分配给设备的起始地址写入BAR寄存器即可。

比如上面位一个设备分配1MB的空间，在0xff000000（4GB-16MB）的位置，那么就把0xff000000写入BAR即可。

我们发现PCI这种地址自然地要求位设备分配的地址空间要跟BAR定义的大小对齐，因此PCI设备的映射空间始终是跟BAR的大小对齐的。