PCI Express - 关于 BAR、内存寻址和物理内存的说明

Question

我是一个刚开始了解 PCI Express 协议的初学者，需要对其机制进行一些说明。

我理解 PCI Express 端点设备可能在系统内存中映射了一些内存 BAR（我们谈论的系统内存总是 RAM 吗？）。我需要了解当我从 CPU 向设备 (A) 发送内存读取请求，寻址某个内存地址（第一个内存 BAR，偏移量 0）时会发生什么。

我们假设我的设备没有任何设备内内存。

代表 CPU 的根联合体创建 TLP 并将其转发到设备（A），因为目标的内存地址已分配给（A）。

A 接收 TLP、解包并创建一个包含来自其内部应用程序逻辑的数据的完成 TLP。

现在，TLP 向后移动到根联合体，对其进行解包、收集有趣的数据并将其返回给 CPU。

此次通信期间系统内存的角色是什么？无？

除了向端点发送和接收数据包之外，根联合体是否（在这种情况下）与系统的物理内存进行通信？

对于某些人来说，这似乎是一个愚蠢的问题，但对我来说，这对于理解物理内存和分配给每个 PCI Express 设备的内存地址 BAR 之间的联系至关重要。

Answer 1

当 CPU 与内存地址通信时，不必由 RAM 做出响应。它可以是 I/O 设备。实际上，您可以将 RAM 视为“专用内存映射 I/O 设备”，其工作只是保存和返回数据，尽管对于具有缓存等功能的当今现代 CPU，这在物理上并不简单。

我不太了解 PCIe 的底层细节，但您似乎想知道 PCIe 总线本身如何与 CPU 通信。它就像任何其他与 CPU 通信的东西一样：

• 内存映射 - 即设备被“映射”，其中对一系列地址的读取和写入不会转到 RAM，而是转到设备或控制器。
• DMA——外部设备或控制器读取/写入一部分 RAM，完全无需 CPU 参与。
• I/O 端口 - 这只是另一个地址空间（Intel x86 CPU 系列的一个功能），历史上一直专用于 I/O 设备。您永远不会在这里找到 RAM，但它的工作方式类似于内存映射。I/O 端口和内存映射之间的主要区别在于，I/O 端口指令始终按顺序工作，这里不会发生操作的“无序”或“重新排序”，而 CPU 则试图通过访问主内存来做到这一点。
• IRQ——外部设备向 CPU 发送中断

BAR 等被“映射”到内存中，并取代可能位于其“下方”的任何 RAM。我相信，使用 MMU 可以将其下方的 RAM“重新映射”到不同的物理地址。