一、PCI簡介
PCI是一種外設總線規範。我們先來看一下什麼是總線：總線是一種傳輸信號的路徑或信道。典型情況是，總線是連接於一個或多個導體的電氣連線，總 線上連接的所有設備可在同一時間收到所有的傳輸內容。總線由電氣接口和編程接口組成。本文討論Linux 下的設備驅動，所以，重點關注編程接口。
PCI是Peripheral Component Interconnect（外圍設備互聯）的簡稱，是普遍使用在桌面及更大型的計算機上的外 設總線。PCI架構被設計爲ISA標準的替代品，它有三個主要目標：獲得在計算機和外設之間傳輸數據時更好的性能；儘可能的平臺無關；簡化往系統中添加和 刪除外設的工作。
二、PCI尋址
從現在開始，我想儘可能通過一些實際的例子來說明問題，而減少理論方面的問題的描述，因爲，相關的理論的東西，可以在其它地方找到。
我們先來看一個例子，我的電腦裝有1G的RAM，1G以後的物理內存地址空間都是外部設備IO在系統內存地址空間上的映射。 /proc/iomem描述了系統中所有的設備I/O在內存地址空間上的映射。我們來看地址從1G開始的第一個設備在/proc/iomem中是如何描述 的：
40000000-400003ff : 0000:00:1f.1
這是一個PCI設備，40000000-400003ff是它所映射的內存地址空間，佔據了內存地址空間的1024 bytes的位置，而 0000:00:1f.1則是一個PCI外設的地址,它以冒號和逗號分隔爲4個部分，第一個16位表示域，第二個8位表示一個總線編號，第三個5位表示一 個設備號，最後是3位，表示功能號。
因爲PCI規範允許單個系統擁有高達256個總線，所以總線編號是8位。但對於大型系統而言，這是不夠的，所以，引入了域的概念，每個 PCI域可以擁有最多256個總線，每個總線上可支持32個設備，所以設備號是5位，而每個設備上最多可有8種功能，所以功能號是3位。由此，我們可以得 出上述的PCI設備的地址是0號域0號總線上的31號設備上的1號功能。
那上述的這個PCI設備到底是什麼呢？下面是我的電腦上的lspci命令的輸出：
00:00.0 Host bridge: Intel Corporation 82845 845 (Brookdale) Chipset Host Bridge (rev 04)
00:01.0 PCI bridge: Intel Corporation 82845 845 (Brookdale) Chipset AGP Bridge(rev 04)
00:1d.0 USB Controller: Intel Corporation 82801CA/CAM USB (Hub #1) (rev 02)
00:1d.1 USB Controller: Intel Corporation 82801CA/CAM USB (Hub #2) (rev 02)
00:1e.0 PCI bridge: Intel Corporation 82801 Mobile PCI Bridge (rev 42)
00:1f.0 ISA bridge: Intel Corporation 82801CAM ISA Bridge (LPC) (rev 02)
00:1f.1 IDE interface: Intel Corporation 82801CAM IDE U100 (rev 02)
00:1f.3 SMBus: Intel Corporation 82801CA/CAM SMBus Controller (rev 02)
00:1f.5 Multimedia audio controller:Intel Corporation 82801CA/CAM AC'97 Audio Controller (rev 02)
00:1f.6 Modem: Intel Corporation 82801CA/CAM AC'97 Modem Controller (rev 02)
01:00.0 VGA compatible controller: nVidia Corporation NV17 [GeForce4 420 Go](rev a3)
02:00.0 FireWire (IEEE 1394): VIA Technologies, Inc. IEEE 1394 Host Controller(rev 46)
02:01.0 Ethernet controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL-8139/8139C/8139C+(rev 10)
02:04.0 CardBus bridge: O2 Micro, Inc. OZ6933 Cardbus Controller (rev 01)
02:04.1 CardBus bridge: O2 Micro, Inc. OZ6933 Cardbus Controller (rev 01)
lspci沒有標明域，但對於一臺PC而言，一般只有一個域，即0號域。通過這個輸出我們可以看到它是一個IDE interface。由上述的 輸出可以看到，我的電腦上共有3個PCI總線(0號，1號，2號）。在單個系統上，插入多個總線是通過橋（bridge)來完成的，橋是一種用來連接總線 的特殊PCI外設。所以，PCI系統的整體佈局組織爲樹型，我們可以通過上面的lspci輸出，來畫出我的電腦上的PCI系統的樹型結構：
00:00.0(主橋）--00:01.0(PCI橋）-----01:00:0(nVidia顯卡）
|
|---00:1d(USB控制器)--00:1d:0(USB1號控制器）
| |
| |--00:1d:1(USB2號控制器） |
|-00:1e:0(PCI橋)--02:00.0(IEEE1394)
| |
| |-02:01.0(8139網卡）
| |
| |-02:04(CardBus橋)-02:04.0(橋1）
| |
| |--02:04.1(橋2)
|
|-00:1f(多功能板卡)-00:1f:0(ISA橋）
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|--00:1f:1(IDE接口)
|
|--00:1f:3(SMBus)
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|--00:1f:5(多媒體聲音控制器)
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|--00:1f:6(調制解調器)
由上圖可以得出，我的電腦上共有8個PCI設備，其中0號總線上(主橋)上連有4個，1號總線上連有1個，2號總線上連有3個。00:1f是一個連有5個功能的多功能板卡。
每一個PCI設備都有它映射的內存地址空間和它的I/O區域，這點是比較容易理解的。除此之外，PCI設備還有它的配置寄存器。有了配置寄存器， PCI的驅動程序就不需要探測就能訪問設備。配置寄存器的佈局是標準化的，配置空間的4個字節含有一個獨一無二的功能ID，因此，驅動程序可通過查詢外設 的特定 ID來識別其設備。所以，PCI接口標準在ISA之上的主要創新在於配置地址空間。
前文已講過，PCI驅動程序不需要探測就能訪問設備，而這得益於配置地址空間。在系統引導階段，PCI硬件設備保持未激活狀態，但每個PCI主板均配備有能夠處理PCI的固件，固件通過讀寫PCI控制器中的寄存器，提供了對設備配置地址空間的訪問。
配置地址空間的前64字節是標準化的，它提供了廠商號，設備號，版本號等信息，唯一標識一個PCI設備。同時，它也提供了最多可多達6個的I/O 地址區域，每個區域可以是內存也可以是I/O地址。這幾個I/O地址區域是驅動程序找到設備映射到內存和I/O空間的具體位置的唯一途徑。有了這兩點， PCI驅動程序就完成了相當於探測的功能。關於這64個字節的配置空間的詳細情況，可參閱《Linux設備驅動程序第三版》P306，不再詳述。
下面，我們來看一下8139too網卡設備的配置空間的詳細情況。在2.6內核的系統中，可以在目錄/sys/bus/pci/drivers/ 下看到很多以PCI設備名命名的目錄，但不是說這些設備都存在於你的系統中。我們進入8139too目錄，其中有一個以它的設備地址0000:02: 01.0命名的目錄。在這個目錄下可以找到該網卡設備相關的很多信息。其中resource記錄了它的6個I/O地址區域。內容如下：
0x0000000000003400 0x00000000000034ff 0x0000000000000101
0x00000000e0000800 0x00000000e00008ff 0x0000000000000200
0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
由該文件可以看出，8139too設備使用了兩個I/O地址區域，第一個是它映射的I/O端口範圍，第二個是它映射的內存地址空間。關於這兩個值可以在/proc/iomem和/proc/ioport中得到驗證。
-[0000:00]-+-00.0
+-02.0
+-1d.0
+-1d.1
+-1d.2
+-1d.7
+-1e.0-[0000:01]--+-02.0
| /-05.0
+-1f.0
+-1f.1
+-1f.3
/-1f.5
00:00.0 Host bridge: Intel Corporation 82845G/GL[Brookdale-G]/GE/PE DRAM Controller/Host-Hub Interface (rev 03)
00:02.0 VGA compatible controller: Intel Corporation 82845G/GL[Brookdale-G]/GE Chipset Integrated Graphics Device (rev 03)
00:1d.0 USB Controller: Intel Corporation 82801DB/DBL/DBM (ICH4/ICH4-L/ICH4-M) USB UHCI Controller #1 (rev 02)
00:1d.1 USB Controller: Intel Corporation 82801DB/DBL/DBM (ICH4/ICH4-L/ICH4-M) USB UHCI Controller #2 (rev 02)
00:1d.2 USB Controller: Intel Corporation 82801DB/DBL/DBM (ICH4/ICH4-L/ICH4-M) USB UHCI Controller #3 (rev 02)
00:1d.7 USB Controller: Intel Corporation 82801DB/DBM (ICH4/ICH4-M) USB2 EHCI Controller (rev 02)
00:1e.0 PCI bridge: Intel Corporation 82801 PCI Bridge (rev 82)
00:1f.0 ISA bridge: Intel Corporation 82801DB/DBL (ICH4/ICH4-L) LPC Interface Bridge (rev 02)
(LPC Hub 控制器 1 )
00:1f.1 IDE interface: Intel Corporation 82801DB (ICH4) IDE Controller (rev 02)
00:1f.3 SMBus: Intel Corporation 82801DB/DBL/DBM (ICH4/ICH4-L/ICH4-M) SMBus Controller (rev 02)
00:1f.5 Multimedia audio controller: Intel Corporation 82801DB/DBL/DBM (ICH4/ICH4-L/ICH4-M) AC'97 Audio Controller (rev 02)
01:02.0 Communication controller: Conexant HSF 56k HSFi Modem (rev 01)
01:05.0 Ethernet controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL-8139/8139C/8139C+ (rev 10)
Host bridge: ----> 主板芯片
VGA compatible controller ----> 顯卡
Audio device ----> 音頻設備
PCI bridge ----> 接口插槽
USB Controller ----> USB控制器
ISA bridge
IDE interface ----> 硬盤驅動器
SMBus ----> System Management Bus
Ethernet controller ----> 網卡