assembly - 我可以使用 I/O 端口吗(asm : `in, out` ) to transfer data via PCI Express on modern x86_64 CPU?

Question

我可以使用 I/O 端口(asm:in, out 指令)在现代 x86_64 CPU 上通过 PCI Express 传输数据吗，或者我只能将 BAR 用于 MMIO(内存映射 I/O)和 DMA(直接内存访问到内存映射PCI-E 设备的区域)？

Answer 1

基于 PCI 的总线，包括 PCI Express，支持三种不同的地址空间:内存地址空间、I/O 地址空间和配置地址空间。在 x86 PC 上，包括那些使用 x86_64 CPU 的 PC，内存地址空间与 CPU 的物理地址空间 1:1(或多或少)映射。 I/O 地址空间与 CPU 的 I/O 地址空间 1:1 映射。配置地址空间映射到 BIOS 在引导时选择的物理地址空间中的固定位置。

这意味着 x86 IN/OUT 指令可以访问 PCI Express 设备，但前提是设备实际分配了部分 I/O 地址空间。一般来说，唯一能做到的设备是那些向后兼容 ISA 卡的设备。例如，PCI Express 串行卡将通过 I/O 空间提供与 8250 UART 兼容的接口(interface)，以便它可以与标准串行端口驱动程序一起使用。如果它使用内存映射 I/O，则设备将需要自己的自定义驱动程序。

其他仍然使用 I/O 空间的 PCE Express 设备包括现代设备，如视频卡(用于 VGA 兼容性)和 SATA 接口(interface)(用于 IDE 兼容性)。任何不需要遗留支持的新事物都将专门使用内存映射 I/O。除了使用 I/O 地址空间的向后兼容性之外，没有其他优势。

我还应该指出，您对 BAR 的使用是不正确的。操作系统(或 BIOS/固件)使用 BAR(基地址寄存器)为设备分配内存区域和/或 I/O 空间。它们存在于配置地址空间中，不能用于传输数据。例如，PCI Express 串行卡将有一个 BAR，它确定其 8450 兼容寄存器映射到 I/O 空间的位置。操作系统会将它们映射到任何其他设备都不使用的位置。

虽然在 PC 上，操作系统会使用内存映射 I/O 来读取和写入 BAR，但驱动程序不会。为了传输数据，驱动程序将访问已通过 BAR 分配给设备的 PCI 内存区域或 I/O 空间。这些区域将包含直接用于传输数据的寄存器、用于设置 DMA 进行传输或映射到保存数据的设备上的 RAM 的寄存器。

(我还应该添加使用设备的部分 PCI 配置空间作为设备特定寄存器来执行传输、配置或其他任何操作的可能性。假设的非向后兼容 PCI Express 串行卡可能根本不会定义任何 BAR，而是映射它的 UART 在其配置空间中注册。)