ExpansionOption ROM

必读资料

什么是Expansion/option rom?

  • Expansion rom是pci/pcie设备可选的一个外接的eprom芯片，其中用来存储相应pci设备的初始化代码或者系统启动代码(比如pxe或者pci boot)。
  • BIOS在POST(Power-on Self Test)阶段，会扫描pci设备是否有expansion_rom，有的话将其拷贝到ram中执行。
  • 在PCI规范中称为expansion rom，在BIOS术语里面称为option rom。
  • PCI Agent设备配置空间 0x30地址，4字节 为expansion rom信息

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作用是什么？

在《PCIE体系结构》P46中解释：

有些PCI设备在处理器还没运行系统之前，比如在BIOS中，就需要完成基本配置，如PC的显卡，键盘，USB等。 为了实现这个”预先执行“功能，PCI设备需要提供一段ROM程序，处理器在初始化时运行这段ROM程序来初始化相关设备。 Expansion ROM 记载了ROM程序地址

总结：系统启动前的预初始化程序，存储在PCI设备EEPROM中，系统上电时执行这部分代码来初始化基础外设。

注：Expansion ROM和BAR空间互斥使用，同一时间只能使能一个。

分布结构和使用

寄存器结构如上图：

  • bit[31:11]是PCIE域基地址
  • [10:1]Reserved
  • [0]使能位

怎么知道PCIE设备是否包含Expansion ROM？

并不是所有PCIe设备都包含Expansion ROM，所以就需要软件进行判定。
《PCIe Expansion Roms》中讲了：
判断长度是否为0即可。

怎么知道Expansion ROM的空间大小

在Expansion ROM的判定阶段，有一个过程是向Expansion ROM Base Address Register写入0xFFFF FFFF，然后读取它的值，利用这个值就可以判定出Expansion ROM的空间大小。

假设写入0xFFFF FFFF之后，读出的值是0xFFFE_0000/0xFFFE_0001. bit[0]代表是否使能
那么第17位就是非0值的最低位，那么Expansion ROM的大小就是2^17 Bytes= 128KB。
PCI文档规定，ROM最大可为16MB，即bit[31:25]必须是可读/可写的。

Expansion ROM的初始化过程

BIOS的POST阶段，扫描并执行pci设备的expansion的过程大概分以下几步：

  • 首先判断pci设备是否实现“Expansion rom base address”寄存器，有才可以用：
    如何实现？ 和BAR一样写入0xFFFF_FFFF到这个配置空间，然后可以读取到长度，非0代表有数据;
  • 如果有实现了expansion的基址寄存器，则配置和使能expansion rom，然后查找expansion rom是否有”AA55”的标示字符，如果有则说明设备有真实的expansion rom芯片存在；
  • 如果expansion rom已经存在，则扫描是否有适合本设备和本CPU架构的image代码存在；
  • 如果有适合本环境的image代码存在，则把相应的代码拷贝到ram的合适位置，并跳入header format中指定的初始化入口执行；
  • 最后关闭expansion rom的使能。

在Linux读取设备的Expansion ROM方法

  1. echo 1 > /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/enable  # 需要是能command的memory位才能读写。
  2. echo 1 > /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/rom
  3. cat /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/rom > /tmp/image.rom
  4. echo 0 > /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/rom
  5. echo 0 > /sys/bus/pci/devices/0000:01:00.0/enable

Expansion rom解析工具： https://github.com/awilliam/rom-parser

Linux代码读取过程

这部分推荐参考sysfs中读取optionRom代码，没必要自己写。
参考：driver/pci/pci-sysfs.c即可

  1. // 1.使能 《PCIE体系结构》P48:command寄存器只有在使能IO/MEMORY后才能访问BAR和Expansion ROM空间pci_enable_device  
  3. // 2.获取资源空间，因为这里地址是PCI域地址，所以不能直接读取配置空间 
  4. // 《PCIE体系结构》P48：不能使用读取配置空间操作来访问这块地址，必须用
  5. // pci_dev->resource[6].start或者pci_resource_start 系列函数
  6. // struct pci_dev中：
  7. // struct resource resource[DEVICE_COUNT_RESOURCE]; /* I/O and memory regions + expansion ROMs */
  8. // 由宏可知 0-5是bar空间，6是Expansion rom空间
  10. for(loop=0;loop<DEVICE_COUNT_RESOURCE; ++loop){
  11.     printk("resource: start:%#llx,end:%#llx,name:%s,flags:%#lx,desc:%#lx\n",
  12.                     r->start,r->end,r->name,r->flags,r->desc);
  13.     r++;
  14. }
  16. // 判断Expansion rom是否存在？如果存在，读取
  17. struct pci_bus *bus;
  18. struct pci_ops *ops;
  19. bus = pci_dev->bus;
  20. ops = bus->ops;
  22. printk("check Expansion ROM");  // devfn need to be ensuere
  23. ops->write(bus,0,0x30,4,0xffffffff);
  24. ops->read(bus,0,0x30,4,&tmp_val);
  25. printk("Expansion ROM len is %#x\n",tmp_val);  // 可以读出长度
  26. ops->write(bus,0,0x30,4,0x00000000);           // 用完之后记得释放