原创 有关PCI总线的没有公开的秘密—PCI显卡应用备忘录

一、PCI总线上的保留空间：

自第一台IBM PC问世以后，图形卡经历了MDA, Mono Hercults, CGA,
EGA, VGA, XGA, SVGA等等标准，总线也由ISA, EISA, VESA, PCI, AGP直到现在的PCIE，前前后后共约30年的进程。虽然好多硬件都渐渐湮没在历史的洪流中，但是由于兼容性需要，有的东西还是作为不被公开的秘密保留了下来。下面是历史上出现的这些显卡使用的内存和I/O空间的分布情况：

Memory Space：

0xA0000 ~ 0xAFFFF: 64KB，VGA显示缓冲区

0xB0000 ~ 0xB7FFF: 32KB，MDA或Hercults单显卡显示缓冲区

0xB8000 ~ 0xBFFFF: 32KB，CGA显示缓冲区

0xC0000 ~ 0xCFFFF: 64KB，VGA BIOS

I/O Space：

0x3B0~0x3DF: 显卡控制寄存器I/O空间

为了和前辈PC兼容，在Intel制定PCI总线标准时，在PCI空间保留了从0开始连续1MB的Memory空间和从0开始连续64KB的I/O空间，其中：

PCI Memory Space:

0xA0000~0xCFFFF：留给Generic VGA模式下VGA卡使用

PCI I/O Space:

0x3B0~0x3DF: 留给Generic VGA模式下VGA卡使用

在PC机Boot的时候，BIOS程序会扫描整个PCI空间，发现有PCI显卡时，会Enable它的Mem访问和I/O访问，同时会配置它的Memory空间和I/O空间。但是上面提到的那两块保留的Memory空间和I/O空间是不需要作专门配置的，PCI显卡可以直接响应落在这两段空间上的PCI访问请求。

也因为PCI总线上存在保留区域，所以在BIOS程序扫描配置整个PCI空间的时候，必须空出这些保留区域，否则在实际应用中会发生地址冲突的现象。

二、虚地址，物理地址和PCI总线地址

有这么多年VGA显卡的应用历史，相关的书籍资料非常丰富。但是，所有这些都是针对PC机上的VGA显卡的。但实际的嵌入式应用中，基于x86体系的SoC却相当的少。龙芯，Alchemy，XScale等好多SoC都集成有PCI总线控制器（有的地方也称之为PCI桥）。在这类芯片的应用中使用PCI VGA芯片就不能照搬PC机上的经验了。

兰色数据路径上的地址是虚地址，经过MMU的映射就成了物理地址了（绿线数据路径）；如果物理地址在PCI控制器的地址响应范围以内，它就会被PCI控制器映射为PCI总线地址（红线数据路径）

例如：Alchemy
Au1500，它的PCIB响应的物理地址区间为：

0x4 0000 0000~0x4 FFFF FFFF: PCI
Non-cacheable Memory Space

0x5 0000 0000~0x5 FFFF FFFF: PCI I/O Space

这样，保留给VGA显卡的PCI空间物理地址就成了：

0x4 000A 0000~0x4 000A FFFF: 显示缓冲区

0x5 0000 03B0~0x5 0000 03DF: 控制寄存器

另外，Au1500的物理地址是36bit的，所以，得将其映射成32bit的虚地址才能使用。

三、VGA卡的Bank操作

VGA卡的Bank有时也被称为Page，这个概念源自于DOS实模式时代。从0xA0000开始的连续64KB的内存空间被称为图形Window。因为在DOS实模式下每个段最大只能到64KB，所以那时的VGA显卡都采用这种图形Window结构。而在非x86的SoC中没有64KB段的限制，所以这个图形Window就很容易被人忽视了。

VGA的Bank操作是这样的：利用专门的Generic
VGA的Bank(也称page)选择寄存器，通过64KB的图形Window来访问VGA显卡上的所有显存空间。

有了这样的知识，在移植SVGA-lib时，就不会感到奇怪和不解了。