BIOS与PCIe设备的Device Number
BIOS（基本输入输出系统）是计算机启动过程中负责初始化硬件并为操作系统提供环境的固件。在现代计算机中，PCIe（外设组件互联高速总线扩展）是连接主板和各种外设的重要接口。本文将深入探讨BIOS如何反复读取PCIe设备的设备号，并提供代码示例及相关的图示。
什么是PCIe设备号？
PCIe设备号是PCIe标准中用于区分不同设备的重要标识符。每当BIOS启动时，它必须识别所有连接的PCIe设备，以便为其分配正确的资源。这一过程包括读取设备的设备号（Device Number），设备在同一总线上的地址。
PCIe设备的地址结构通常包括三个部分：总线号（Bus Number）、设备号（Device Number）和功能号（Function Number）。例如，一个完整的PCIe地址看起来像这样：
Bus: 0, Device: 1, Function: 0
在这个地址中，Bus表示总线号，Device表示设备号，Function表示设备的功能号。这种结构使得BIOS能够有效地管理和访问多个外部设备。
BIOS读取PCIe设备的过程
在计算机启动过程中，BIOS会按照一定顺序读取所有PCI和PCIe设备的信息。这一过程大致可以分为以下几个步骤：
- 初始化硬件：BIOS启动时首先对硬件进行初始化。
- 扫描PCIe总线：BIOS通过总线号逐个扫描连接在该总线上的设备。
- 读取设备信息：获取每个设备的Vendor ID、Device ID和Device Number。
- 构建设备列表：将所有设备信息存储在内存中以供操作系统使用。
流程图
我们可以用Mermaid语法来表示这个流程，如下所示：
flowchart TD
A[BIOS启动] --> B{初始化硬件}
B --> C[扫描PCIe总线]
C --> D[读取设备信息]
D --> E[构建设备列表]
E --> F[完成设备初始化]
代码示例
下面是一个使用C语言模拟BIOS读取PCIe设备设备号的示例。这个代码片段展示了如何访问PCIe配置空间，并读取设备号和相关信息。
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#define PCI_CONFIG_ADDRESS 0xCF8
#define PCI_CONFIG_DATA 0xCFC
#define PCI_BUS 0
#define PCI_DEVICE 0
#define PCI_FUNCTION 0
uint32_t pci_read_config(uint8_t bus, uint8_t device, uint8_t function, uint8_t offset) {
uint32_t address;
uint32_t data;
address = (uint32_t)((bus << 16) | (device << 11) | (function << 8) | (offset & 0xfc) | (1 << 31));
// Write to the configuration address port
outl(PCI_CONFIG_ADDRESS, address);
// Read from the configuration data port
data = inl(PCI_CONFIG_DATA);
return data;
}
void read_pci_devices() {
for (uint8_t device = 0; device < 32; device++) {
uint32_t data = pci_read_config(PCI_BUS, device, PCI_FUNCTION, 0);
// 检查设备是否存在
if (data != 0xFFFFFFFF) {
uint16_t vendor_id = data & 0xFFFF;
uint16_t device_id = (data >> 16) & 0xFFFF;
printf("Device found: Vendor ID: 0x%04x, Device ID: 0x%04x\n", vendor_id, device_id);
}
}
}
int main() {
read_pci_devices();
return 0;
}
代码解析
在上述代码中：
pci_read_config函数通过访问特定的I/O端口（0xCF8和0xCFC）来读取PCI设备的配置空间。read_pci_devices函数检查所有可能的设备，如果设备存在，将输出设备的Vendor ID和Device ID。
序列图
为了更好地理解BIOS读取PCIe设备设备号的流程，我们还可以使用Mermaid语法表示序列图：
sequenceDiagram
participant User as 用户
participant BIOS as BIOS
participant PCI as PCIe设备
User->>BIOS: 启动计算机
BIOS-->>BIOS: 初始化硬件
BIOS->>PCI: 扫描PCIe总线
PCI-->>BIOS: 发送设备信息
BIOS-->>BIOS: 构建设备列表
BIOS->>User: 启动操作系统
在这个序列图中，我们可以看到计算机启动的过程中，用户、BIOS和PCIe设备之间的交互。用户启动计算机，BIOS初始化硬件并扫描PCIe总线，随后BIOS接收设备信息并构建设备列表，最终启动操作系统。
结论
BIOS反复读取PCIe设备的设备号是确保计算机能够正确识别外部设备的重要步骤。理解这一过程可以帮助我们更好地掌握计算机的工作原理。通过业界标准的PCIe设备号系统和相关的初始化流程，BIOS能够有效地管理和配置计算机中的各种硬件设备。在现代计算机中，了解BIOS与PCIe设备的关系不仅对于硬件工程师重要，对软件开发者和操作系统的设计者同样具有深远的影响。希望本文能够帮助读者更好地理解这一复杂而关键的过程。
