PCIe Expansion ROMs
目錄
1. 爲什麼需要Expansion ROM
爲了將操作系統加載到內存中，系統需要三類設備：
- 存儲設備：用於保存操作系統。
- 顯示設備：用於顯示當前的啓動進度。
- 輸入設備：用於接收用戶輸入信息。
在這個階段，操作系統還沒有被加載到內存執行，也就意味着操作系統中對應的設備驅動程序也沒有被加載，因此，就需要在Expansion ROM裏面存放一份啓動階段使用的設備驅動程序。
說的直接點就是，BIOS階段向使用一個PCIe設備，但是原始的BIOS不包含這個設備的驅動程序，這個時候就從這個PCIe設備Expansion ROM裏獲取設備驅動程序代碼，並加載到內存中執行。
2. 怎麼知道PCIe設備是否包含Expansion ROM
並不是所有PCIe設備都包含Expansion ROM，所以就需要軟件進行判定。
在PCIe的配置空間（PCIe Configuration Space）裏有個叫“Expansion ROM Base Address Register”的東西，利用它判定Expansion ROM的步驟如下：
- 向Expansion ROM Base Address Register寫入0xFFFF FFFF。
- 讀取Expansion ROM Base Address Register，如果值是0，那就表示不存在Expansion ROM(Game Over!)。如果讀取的值非0，那就表示存在Expansion ROM，但這並不就表明這東西可用了，還需要下面的判定步驟。
- 給PCIe Expansion ROM分配一個合適的地址，把地址的值寫入Expansion ROM Base Address Register。
- 將Expansion ROM Base Address Register bit 0置爲1，使能Address Decode。
- 讀取ROM的前兩個字節，如果前兩個字節是AA55h，那就表明當前ROM是合法可用的，否則還是Game Over。
3. 怎麼知道Expansion ROM的空間大小
在Expansion ROM的判定階段，有一個過程是向Expansion ROM Base Address Register寫入0xFFFF FFFF，然後讀取它的值，利用這個值就可以判定出Expansion ROM的空間大小。
假設寫入0xFFFF FFFF之後，讀出的值是0xFFFE 0000，那麼第17位就是非0值的最低位，那麼Expansion ROM的大小就是2^17 Bytes= 128KB。PCI文檔規定，ROM最大可爲16MB，即bit[31:25]必須是可讀/可寫的。
4. Expansion ROM裏存了什麼
4.1 不只一份Code Image
就像之前提到的，ROM存了設備的驅動程序代碼，專業點叫做code image。實際上，PCI協議規定ROM裏可以存放不只一份code image，不同的code image對應不同的處理器架構、同一供應商的不同產品等等。BIOS或者其他軟件需要選擇最合適的code image提取到內存中執行。
每一份code image包含run-time code image和initialization code image兩部分。BIOS或其他上位機軟件按照如下步驟使用code image：
- 將最合適的code image拷貝的內存中。
- 將Expansion ROM Base Address Register bit 0置爲0，關閉Expansion ROM’s address decoder。
- 執行initialization code。
- 釋放initialization code所佔用的內存。
- 將剩餘的code image所佔用的內存部分設置爲寫保護（write-protected），避免被修改。
4.2 Code Image格式
4.2.1 Header Format
在每個image最開始的地方都有一個Header，因此可以叫它code image header。
下面的表格描述了code image header的格式（第一列的offset是指相對於該image起始位置的偏移）：
Offset 02h~17h的位置存放的是處理器相關的數據，其格式如下表：
4.2.2 Data Structure Format
Data structure中包含了設備信息和image信息。
由於code image header中使用兩個bytes存放指向data structure的指針，所以data structure只能存放在該code image的前64KB範圍內。
當code image中包含run-time code時，data structure必須放在run-time code中。但是在某些情況下，code image可以不包含run-time image，只有initialization code，此時data structure放在initialization code中。
Data Structure格式如下表：
- Vendor ID & Device ID & Class Code ：只有當這三個參數與設備匹配時，該image纔會被BIOS加載到內存中執行。
- Code Type：表明當前image的執行條件。
- Code Type = 00h：Intel x86 (兼容IBM PC-AT）架構可執行代碼。
- Code Type = 01h：符合open firmware標準，可結合OpenBoot使用。
- Code Type = 02h：HP PA/RISC架構可執行代碼。
- Code Type = 03h：Extensible Firmware Interface（EFI）
參考資料：《PCI Express System Architecture》