摘要：
本文说明了IXP425 PCI控制器的结构和操作方法，然后说明了如何在UBOOT下为IXP425编写PCI驱动程序，最后说明了怎样驱动PCI网卡EEPRO-100。

一 引言
UBOOT是sourceforge下的一个开放源代码的项目，它是Universal Bootloader的简写，也就是通用启动程序的意思。通过选取不同的编译选项，可以引导多种处理器启动，如PowerPC，ARM，MIPS，X86等。
IXP425是Intel公司推出的一款使用XScale核的CPU，其内部有三个网络处理引擎，被广泛的运用于网络设备中。要使用网络处理引擎必须使用Intel提供的库，但由于版权的原因，UBOOT并没有提供对网络处理引擎的支持，因此其不能使用网络。为了方便调试，我们为UBOOT编写了PCI的驱动程序，这样就能使用PCI网卡访问网络。
本文说明如何编写IXP425的PCI驱动程序，并以EEPRO-100网卡为例，说明了如何驱动PCI网卡。

二 PCI配置空间
　 每个PC I 设备有3 种物理空间: 配置空间、Memory空间和I/O 空间。配置空间是长度256 字节的一段连续空间，其中前64个字节为Header( 头标) , 其余192 字节为设备相关信息。在64 字节的Header 中, 前16 字节的定义是确定的,后48字节的具体含义因设备而异，图1为配置空间的头标区。

图1
　 配置空间中的一个重要部分是基地址寄存器(Base Address Register) , 它的内容是PCI 设备的地址空间映射到系统地址空间的起始物理地址。其中，bit0= 1 表示I/O 空间映射, bit0= 0 表示存储器空间映射。所有PC I 设备必须实现存储器空间映射或I/O空间映射。通过向BAR 写全1 然后读取相关寄存器即可确定所需地址空间的大小。

三 IXP425 PCI控制器
IXP425内部集成了PCI控制器，既支持在主模式也支持在从模式下工作，具体的工作模式可以在PCI控制状态寄存器的Bit0上读取，这一位在系统重起时由扩展总线的Bit1设置，为只读，若该位为1则IXP425作为主设备，若该位为0则IXP425位从设备。
在IXP425中，PCI的寄存器可分为两类。一类可以直接由IXP425内部的AHB总线访问，和内存统一编址，提供了访问PCI配置空间的接口。另一类寄存器是PCI配置空间寄存器，它们符合PCI总线标准，其内容在第二节中介绍过。
3.1 配置方法
对于IXP425的PCI配置空间和外部设备的PCI配置空间，访问的方法是不同的，下面将分别说明。
a 访问IXP425配置空间
IXP425内部的PCI配置空间不能由AHB总线访问，IXP425提供了pci_crp_ad_cbe，pci_crp_wdata，pci_crp_rdata三个寄存器来完成对其内部PCI配置空间的访问。pci_crp_ad_cbe纪录要访问的地址和命令，pci_crp_wdata，pci_crp_rdata分别为数据写入寄存器和数据读取寄存器。访问的过程如下：
1 在pci_crp_ad_cbe中写入要操作的命令和要访问寄存器的偏移量
2 如果要做写入操作，向pci_crp_wdata中写入数据；如果要作读取操作，从pci_crp_rdata中读取数据。

b 访问外部设备PCI配置空间
pci_np_ad，pci_np_cbe，pci_np_wdata，pci_np_rdata，这四个寄存器为一组non_pre_fetch寄存器，它们提供了访问外部PCI配置空间的方法。它们属于上面介绍的第一类寄存器，可以由AHB总线直接访问，编址分别为0xC0000000，0xC0000004，0xC0000008和0xC000000C。pci_np_ad是PCI总线地址寄存器，提供了访问外部PCI配置空间的地址。pci_np_cbe是PCI命令及字节控制寄存器，它将对外部PCI空间作相应的操作，这些操作包括读/写配置空间，读/写Memory空间及读/写I/O空间等，在配置的过程中主要是完成对配置空间的读写，Memory空间和I/O空间可以在配置完成后由CPU迸发的读写。pci_np_wdata，pci_np_rdata分别为需要读入或写入的数据，它们将被保存在这两个寄存器中。对外部PCI空间的访问可分为如下的三个步骤：
1 在pci_np_ad中写入需要访问寄存器的地址，格式如图2示：

图2
PCI总线可以在模式0和1两种模式下工作，但IXP425只支持在模式0下工作，所以这里只说明了在模式0下的操作。这里要特别指出的是，选定特定的PCI设备需要把ID_SEL引脚置高电平，其功能如同片选信号，高电平的选择可以在pci_np_ad的11到31位完成，如连接外部设备ID_SEL引脚的为地址线31位则应该把第31位置1。
2 在pci_np_cbe写入要操作的命令
3 如果要写入数据，就在pci_np_wdata中写入数据；如果要读取数据，则可以在pci_np_rdata中读取
3.2 AHB地址与PCI地址间的转换
在进行Memory读/写和I/O读写时，可以用地址转换迸发的进行，下面说明了AHB地址和PCI地址间的转换关系。
a AHB空间到PCI空间的转化
在IXP425中，PCI的地址空间被分为四个窗口，共为64M，如表1示：
起始地址 结束地址
窗口一 ( 16MB ) 0x48000000 0x48FFFFFF
窗口二 ( 16MB ) 0x49000000 0x49FFFFFF
窗口三 ( 16MB ) 0x4A000000 0x4AFFFFFF
窗口四 ( 16MB ) 0x4B000000 0x4BFFFFFF
表1
当AHB总线上有如上的地址时，将会通过寄存器PCI_PCIMEMBASE转换。该寄存器被分为4个部分，每部分纪录了转换后的基地址。例如若PCI_PCIMEMBASE的值为0x12345678，若AHB总线地址为0x48012345，转换后的PCI地址为0x12012345。若AHB总线地址为0x4A005678，怎PCI总线地址为0x56005678。
b PCI地址到AHB地址的转化
PCI地址到AHB地址的转换通过PCI_AHBMEMBASE, PCI_AHBIOBASE，及在配置空间中的BAR0-5几个寄存器来控制。寄存器PCI_AHBMEMBASE被分为四部分，对应BAR0-3四个基址寄存器，负责PCI Memory周期的地址转换。假设PCI_AHBMEMBASE的值为0x01020304，BAR0值为0x20000000,BAR1的值为0x21000000, BAR2值为0x22000000，BAR3值为0x23000000。当PCI总线地址为0x21001234时，它将被映射到BAR1上，对应得AHB地址就为0x02001234。
寄存器PCI_AHBIOBASE和BAR5对应，PCI_AHBIOBASE纪录I/O在AHB总线上的基址，而BAR5纪录在PCI总线上的基址，它们的转换方法与上面Memory地址的转换方法相同。而落在BAR4范围内的地址将被直接转换到IXP425内的一个寄存器PCI Doorbell Register。

四 PCI驱动程序
4.1 PCI控制器初始化
由于我们使用的目标板IXDP425中，IXP425工作在主模式下，因此这里只介绍主模式下的初始化过程。其过程如下：
1 为PCI控制器分配引脚。除了PCI控制器本身的连接外，IXP425还使用了GPIO的一部分引脚，这包括GPIO14时钟引脚，GPIO13 RESET引脚，GPIO8-11中断引脚。
2 配置寄存器PCI_AHBMEMBASE, PCI_AHBIOBASE，PCI_PCIMEMBASE，以及IXP425的Base Address Register，为IXP425内部的AHB与PCI地址转换做初始化。
3 扫描外部设备。通过在PCI总线上扫描来发现PCI设备，若在总线上读取到有设备ID则表示有设备存在，这是还应该读取设备的Base Address Register，以确定设备存储器的大小。
4 为每个设备分配基地址。通过扫描得到的存储器大小为外围设备计算统一的AHB总线上的基址，并把计算得到的基址写入相应PCI设备的Base Address Register。
4.2 连接网卡驱动程序
在U-BOOT中已经提供了EEPRO-100的驱动程序，只要把它同PCI的驱动程序连接就可以使用。
1 加入编译选项。在include/configs/ixdp425.h中加入#define CONFIG_EEPRO100，这样U-BOOT在编译时就会加上网卡部分的程序。
2 连接网卡驱动程序。在网卡的驱动程序中使用了两个宏来完成AHB地址和PCI地址的转换，bus_to_phys(a)提供了PCI地址到AHB地址的转换，phys_to_bus(a)提供了AHB地址到PCI地址的转换。这两个宏内部使用了一个结构表示第三节中所述寄存器的值。结构如下：
struct pci_region {
unsigned long bus_start; /* Start on the bus */
unsigned long phys_start; /* Start in physical address space */
unsigned long size; /* Size */
unsigned long flags; /* Resource flags */
}；
在结构中定义了PCI地址的起始地址，AHB地址的起始地址，存储器大小和资源类型（Memory或I/O）等信息。在初始化中对这个结构赋值，然后调用函数pci_register_hose(hose);向系统注册就可完成网卡驱动程序的连接。

五 结论
本文介绍了如何为IXP425在U-BOOT下添加PCI驱动程序，说明了IXP425 PCI控制器的工作方式，最后说明了怎样把PCI网卡EEPRO-100加入到U-BOOT中。

参考文献
1 PCI Local Bus Specification Revision 2.2 .
2 Intel IXP4XX Product Line of Network Processors and IXC1100 Control Plane Processors Developer’s Manual. Intel Inc