从零开始讲PCIe（3）——FunctionsDeviceBusSystem

在PCI架构中，Functions（功能）、Device（设备）、Bus（总线）、和System（系统）是层次化的概念，每个层次分别描述了不同的结构和作用。让我们详细看看这些术语的定义及它们之间的关系：

一、概念辨析

1.1 Function（功能）

Function是PCI设备中的独立子模块，一个设备可以包含多个功能，每个功能可以执行不同的任务。例如，一个设备可能提供网络、存储控制等不同的功能，每个功能都可以独立使用。每个PCI设备最多可以有8个功能，编号为0到7。例如：一个PCI网卡可能同时具有以太网控制器（Function 0）和无线网卡（Function 1）两种功能。

1.2 Device（设备）

Device是物理硬件的表示，它连接在PCI总线上，可以是单一功能设备或多功能设备。每个PCI设备通过唯一的设备号识别。每个PCI总线最多可以支持32个设备，设备编号为0到31。例如：显卡、声卡、网卡等都是PCI设备。一个设备可能有多个功能，每个功能都作为独立的实体进行管理。

1.3 Bus（总线）

PCI总线是系统中连接多个设备的通信通道。PCI设备通过总线与系统通信，总线号用于标识系统中的不同总线。一个系统中可以有多个PCI总线，每个PCI总线可以连接多个设备。总线号在系统中唯一，系统中可以有最多256条PCI总线（编号0到255）。总线通过仲裁器管理设备之间的访问权限，确保设备能有效通信和共享资源。多个PCI插槽可能连接到同一个总线，或者在复杂的系统中，有多个独立的PCI总线，每个总线连接不同的设备。

1.4 System（系统）

系统是计算机或硬件平台的整体，包括CPU、内存、PCI总线及其连接的所有设备和功能。系统管理和协调所有硬件资源，包括设备、总线和功能，并通过操作系统分配资源、处理中断和实现即插即用。一台PC计算机可以包含多个PCI总线，每个总线连接多个PCI设备，这些设备中又可能包含多个功能。

1.5 各层次的关系

系统（system）是整体硬件平台，包括CPU、内存、PCI总线、设备和功能。
总线（bus）是系统中设备与系统其他部分通信的路径。每个系统可以有多个总线，每个总线最多可以连接32个设备。
设备（device）是连接在总线上的硬件模块，每个设备可以有多个功能。
功能（function）是设备中的独立子模块，提供不同的服务或能力。

二、PCI地址结构

在PCI架构中，每个设备和功能通过总线号、设备号和功能号唯一标识，形成三级地址结构：

Bus Number（总线号）：标识该设备所在的总线。
Device Number（设备号）：标识总线上的设备编号，范围为0到31。
Function Number（功能号）：标识该设备中的功能编号，范围为0到7。

三、示例

3.1 场景描述

假设我们有一个典型的PC系统，其中包括以下硬件：一块主板，具有多个PCI插槽和一条PCI总线。插入主板的PCI设备有一个显卡、一个声卡和一个网卡。其中，显卡是一款高性能设备，它不仅提供视频输出功能（Function 0），还提供HDMI音频输出功能（Function 1）。

3.2 说明

3.2.1 System（系统）：

这是整个PC系统，包括主板、CPU、内存、PCI总线以及连接到总线上的所有设备（显卡、声卡、网卡）。

操作系统（如Windows或Linux）负责管理这些硬件资源，分配内存地址和I/O资源，并处理设备的中断请求。

3.2.2 Bus（总线）：

系统中的主板具有一条PCI总线（Bus 0）。这条总线允许多个PCI设备连接并通过总线与CPU和内存通信。总线号为Bus 0，用于标识这条总线。

3.2.3 Device（设备）：

在Bus 0上连接了多个PCI设备，每个设备都有唯一的设备编号，如：

Device 0：显卡
Device 1：声卡
Device 2：网卡

每个设备通过设备号标识自己，并可以有一个或多个功能。

3.2.4 Function（功能）：

每个设备可能包含一个或多个功能，这些功能为不同的硬件模块提供支持。让我们详细看看各个设备的功能：

Device 0（显卡）：

Function 0：这是显卡的主要功能，负责处理图形输出。操作系统将识别并分配资源给这个功能，用于显示器的输出。
Function 1：这是显卡的附加功能，提供HDMI音频输出功能，用于通过HDMI接口传输音频信号。

Device 1（声卡）：

Function 0：声卡的唯一功能，负责处理音频输入和输出。

Device 2（网卡）：

Function 0：网卡的唯一功能，负责网络连接和数据传输。

3.3 地址示例

PCI系统中的每个功能都通过一个总线号、设备号和功能号唯一标识。让我们看看这些设备和功能在PCI系统中的地址：

显卡（Device 0，Bus 0）：

Function 0（视频输出）：地址为Bus 0, Device 0, Function 0。
Function 1（HDMI音频输出）：地址为Bus 0, Device 0, Function 1。

声卡（Device 1，Bus 0）：

Function 0（音频处理）：地址为Bus 0, Device 1, Function 0。

网卡（Device 2，Bus 0）：

Function 0（网络连接）：地址为Bus 0, Device 2, Function 0。

四、总结

功能（function）：是PCI设备中独立的功能单元，最多可以有8个功能。
设备（device）：是物理设备，连接在PCI总线上，可能包含一个或多个功能。
总线（bus）：是设备和系统通信的通道，一个系统可以有多个总线，每个总线最多可以有32个设备。
系统（system）：是整个计算平台，包括CPU、内存、多个PCI总线和连接的设备与功能。