《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）

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2.2 HOST主桥

MPC8548处理器的拓扑结构如图2-2所示：

2.2.2 存储器域地址空间到PCI总线域地址空间的转换

MPC8548处理器使用ATMU（Address Translation and Mapping Unit）寄存器组进行存储器域到PCI总线域、以及PCI总线域到存储器域的地址映射。ATMU寄存器组由两大寄存器组组成，分别为Outbound和Inbound寄存器组。其中，Outbound寄存器组将存储器域的地址转换为PCI总线域的地址，而Inbound寄存器组将PCI总线域的地址转换为存储器域地址。

在MPC8548处理器中，只有当CPU读写访问的地址范围在Outbound寄存器组管理的地址空间之内时，HOST主桥才能接收CPU的读写访问，并将CPU在存储器域上的读写访问转换为PCI总线域上的读写访问，然后才能对PCI设备进行读写操作。

如图2-2所示，CPU对存储器域的地址访问，首先使用CCB（Core Complex Bus）总线事务。如果所访问的地址在Cache中，则从Cache中直接获得数据，否则将从存储器域中获取数据。而在绝大多数情况下，外部设备使用的地址空间是不可Cache的（PCI设备使用的ROM空间可以是“可Cache”的地址空间），所以发向PCI设备的CCB总线事务通常不会与Cache进行数据交换。

如果CCB总线事务使用的地址在HOST主桥的Outbound寄存器窗口中命中，HOST主桥将接收这个CCB总线事务，并将其转换为PCI总线事务，之后再发送到PCI总线上。MPC8548处理器的每一个HOST主桥都提供了5个Outbound寄存器窗口来实现存储器域地址到PCI总线域地址的映射，其映射过程如图2‑4所示。

在介绍MPC8548处理器如何使用Outbound寄存器组进行存储器域地址空间到PCI总线域地址空间的转换之前，本节将首先介绍Outbound寄存器组中的相应寄存器。Outbound寄存器组的地址偏移、属性和复位值如表2‑2所示。

表2‑2 PCI/X ATMU Outbound寄存器组

地址偏移	寄存器名	属性	复位值
0x0_8C00/20/40/60/80	POTARn	可读写	0x00000000
0x0_8C04/24/44/64/84	POTEARn	可读写	0x00000000
0x0_8C28/48/68/88	POWBARn	可读写	0x00000000
0x0_8C30/50/70/90	POWARn	可读写	0x00000000

（1）POTARn和POTEARn寄存器

在PORTARn和PORTEARn寄存器中保存当前Outbound窗口在PCI总线域的64位地址空间的基地址。这两个寄存器的主要字段如下：

• POTARn寄存器的TEA字段，第0~11位，保存PCI总线地址空间的43~32位。
• POTARn寄存器的TA字段，第12~31位，保存PCI总线地址空间的31~12位。
• POTEARn寄存器的TEA字段，第12~31位，保存PCI总线地址空间的63~44位。

（2）POWBARn和POWARn寄存器

POWBARn寄存器保存当前Outbound窗口在存储器域中的36位地址空间的基地址。其主要字段如下：

• WBEA字段保存存储器域地址的第0~3位。
• WBA字段保存存储器域地址的第4~23位（WBA字段并没有保存存储器域的第24~35位地址，因为Outbound窗口大小至少为4KB的整数倍。注意在PowerPC处理器中，第0位是地址的最高位）。

POWARn寄存器描述Outbound窗口的属性，其主要字段如下：

• EN位，第0位。该位是Outbound窗口的使能位，为1表示当前Outbound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。

• RTT字段，第12~15位，该字段描述当前窗口的读传送类型，为0b0100表示存储器读，为0b1000表示I/O读。
• WTT字段，第16~19位，该字段描述当前窗口的写传送类型，为0b0100表示存储器写，为0b1000表示I/O写。在PCIe总线控制器中，RTT字段和WTT字段还可以支持对配置空间的读写操作。
• OWS字段，第26~31位，该字段描述当前窗口的大小，Outbound窗口的大小在4KB~64GB之间，其值为2OWS+1。

（3）使用Outbound寄存器访问PCI总线地址空间

MPC8548处理器使用Outbound寄存器组访问PCI总线地址空间的步骤如下：

（1）MPC8548处理器需要将程序使用的32位有效EA（Effective Address）转换为41位的虚拟地址VA（Virtual Address）。E500 V2内核不能关闭MMU（Memory Management Unit），因此不能直接访问物理地址。

（2）MPC8548处理器通过MMU将41位的虚拟地址转换为36位的物理地址。在E500 V2内核中，物理地址是36位（缺省是32位，需要使能）。

（3）检查LAWBAR和LAWAR寄存器，判断当前36位的物理地址是否属于PCI总线空间。在MPC8548中定义了一组LAWBAR和LAWAR寄存器对，每一对寄存器描述当前物理空间是与PCI总线、PCIe总线、DDR还是RapidIO空间对应（该组寄存器的详细说明见MPC8548 PowerQUICC III™ Integrated Host Processor Family Reference Manual）。如果CPU访问的空间为PCI总线空间，则执行第（4）步，否则处理器将不会访问PCI地址空间。

（4）判断当前36位物理地址是否在POWBARn寄存器1~4描述的窗口中。如果在，则将36位的处理器物理地址通过寄存器POTARn和POTEARn转换为64位的PCI总线地址，然后HOST主桥将来自处理器的读写请求发送到PCI总线上；如果不在，则将POWBAR0寄存器作为缺省窗口，接管这个存储器访问，并使用寄存器POTAR0和POTEAR0，将处理器物理地址转换为PCI总线地址，当然在正常设计中很少出现这种情况。

许多系统软件，将Outbound窗口两边的寄存器使用“直接相等”的方法进行映射，将存储器域的地址与PCI总线地址设为相同的值。但是系统软件程序员务必注意这个存储器地址与PCI总线地址是分属于存储器域和PCI总线域的，这两个值虽然相等，但是所代表的地址并不相同，一个属于存储器域、而另一个属于PCI总线域。

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