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看雪论坛作者ID：hyjxiaobia
2010年毕业那会，我首次接触到51单片机，当时发现51单片机如此简单却功能完备：尽管它没有搭载OS，却能接收GPIO Port上的硬件事件;同时能将控制逻辑反馈给设备。反观基于x86体系的PC，虽然功能强大，但终端用户因为下列限制，很难在Ring3层控制简单如按钮开关这样的外设：
a. 主板厂商本着节省原料的原则，未必会在主板上引出空闲的GPIO Port；退一步，即使厂商出于某种原因，引出了空闲的GPIO Port，终端用户没有主板回路图，无法找到这些GPIO Port；
b. 即使用户侥幸找到了GPIO Port，但是GPIO Port的作用是由主板厂商在Bios中设定的，普通用户无法修改这些设定；另外，Intel仅向IBV/OEM等它的合作厂商提供PCH spec，除非发生了类似2020年7月Intel泄露了30G相关资料的事件，否则终端用户无法对外设进行准确的设定；
c. OS足够强大，以至于抽象了底层硬件实现(OS的透明性)，这是积极的一面。但是反过来，正是因为OS的透明性，位于Ring3层的App很难访问硬件。
以上种种，像是PC行业给初学者添加的重重壁垒。我由于机缘巧合，有机会在这些壁垒上自底向上的(Bios--Acpi.sys/OS--驱动--App)打了一串小孔，从而能在Ring3层接受来自硬件层的GPIO中断。本文基于Intel Whiskey Lake平台，总结了这种自上而下的(非标准)访问方式，也算是我对毕业这么多年的一个回顾~
Intel PCH EDS Vol2中规定，Intel PCH通过P2SB(Primary to Sideband Bridge)接口，以下列公式访问GPIO Pad：
P2SB接口是PCH上的PCIe设备，在Whisky Lake平台上，它位于B:0/D:31/F:1。看到这，你的第一反应一定是计算P2SB的配置空间地址，然后通过MMIO方式获得SBREG_BAR，这就有了上述公式里1/3的原料。
但是P2SB和PMC Controller（B:0/D:31/F:2）一样神秘：即使已知BusDeviceFunction Number，也无法访问该PCIe设备的配置空间。我们可以用RW分别访问Root Bridge/P2SB/Power Managment Controller 3个PCIe设备的配置空间：
图3. MMIO方式读取3种PCIe设备的配置空间的结果
根据图表可知：RW无法获得P2SB的配置空间，进而无法获得SBREG_BAR(P2SB Base Address B:0/D:31/F:1/Reg 0x10)，所以本文结束！？
当然这不是结束，我开玩笑的。RW关上一扇门,但是Intel开了一个烟囱：我们可以从Intel提供给IBVOEM的IntelKabyLakeSiliconPkg目录下找到SBREG_BAR和通过P2SB接口访问各类寄存器的宏定义：
#define PCH_PCR_ADDRESS(Pid, Offset) (PCH_PCR_BASE_ADDRESS | ((UINT8)(Pid) << 16) | (UINT16)(Offset)) #define PCH_PCR_BASE_ADDRESS 0xFD000000
PortID
不同于51单片机访问GPIO Port，Intel PCH视GPIO为GPIO Pad。读者可以将GPIO Pad理解为主板上的焊点(当然Pad本身也有焊盘的意思)。而焊点GPIO Pad到真正的GPIO Port之间还有不为人知的回路。
同时，Intel PCH将若干物理内存上相近的GPIO Pad划到同一个GPIO Community(GPIO社区?GPIO组?)，以便于访问，并赋予各个GPIO Community平台唯一的Port ID。各个平台定义的Port ID不同，需要查询EDS Vol1，下图为KabyLake定义的Port ID：
图4. 本文用到的是GPIO community 4 GPPC_E(GPPC_E22)，Port ID:6A
至此，铺垫已经完成，开始正题：配置Bios使GPIO在OS下触发SCI Event需要几步?
答：需要3步（把大象关进冰箱要几步？也需要三步。）
1. 配置GPIO，使其能触发GPIO SCI event；
配置GPIO，使其能触发GPIO SCI event。这一步分3小步：
1.1 选择GPIO pin
如果读者能获得主板的GPIO table(其实读者几乎没可能获得OEM厂商的GPIO table这类内部资料，这就是我在文章开头说的障碍之一)，那么从中挑选一个空闲的GPIO pin并不是难事。对于本文使用的主板，OEM厂商将GPP_E22设置为一个弱上拉信号，辅助Bios判断主板上喇叭类型(品牌喇叭/杂牌喇叭)，我琢磨着这类引脚应该能随意折腾，于是外接了一根引线作为GPP_E22的输入线，另外又引出一根地线：
图5. 某日摄于公司的一块已上市多年的主板，也是本文试验用的板子
1.2 将GPIO Pin配置为Edge/Level触发&Enable GPIO SCI
Bios通过Pad Configuration DW0 寄存器设置来控制GPIO pin的触发方式以及中断触发类型（SCI/SMI/NMI/IOxACPI）等属性，如果将中断触发类型设置为SCI，还需要配置GPI General Purpose Events Enable寄存器：
![Windows应用程序响应主板上GPIO(SCI)设备中断 硬件篇]( "Windows应用程序响应主板上GPIO(SCI)设备中断 硬件篇")
图6. GPI General Purpose Events Enable寄存器
{GPIO_CNL_LP_GPP_E22, {GpioPadModeGpio, GpioHostOwnAcpi, GpioDirIn, GpioOutDefault, GpioIntSci | GpioIntLevel, GpioPlatformReset, GpioTermNone, GpioPadConfigUnlock }},
为了验证配置结果，可以将GPI_GPE_EN_GPP_E_22的偏移（Offset:0x164）和PAD_CFG_DW0_GPPC_E_22的偏移（Offset:0x8E0）作为宏PCH_PCR_ADDRESS的参数分别计算出它们的地址，然后用RW查看配置结果：
图8. GPI_GPE_EN_GPP_E_22的配置结果
图9. PAD_CFG_DW0_GPPC_E_22的配置结果
这种验证方式并不是很直观，如果读者有"Intel GPIO Configuration"工具，可以以报表的形式展示，获得更直观的结果：
图10. Intel GPIO Configuration输出结果
1.3 将GPIO Pad映射到PMC GPE event
根据PCH spec可知，GPE顶层中断源共有128个，PCH外部中断将中断信号映射到GPE顶层中断源后，才有机会触发SCI中断。仅仅完成上面的配置还不足以触发SCI中断，还需要建立从GPIO到GPE的映射。建立这种映射依赖GPIO Community的Miscellaneous Configuration寄存器(MISCCFG:Offset 10)：
对于KabyLake平台，一种默认的映射关系是GPP_E-->GPE_DW2/None-->GPE_DW1/GPP_B-->GPE_DW0（这种映射关系不能随意改变，改变映射关系可能不会生效）
理论上应该配置被GPPC_E22映射的用于触发PMC GPE_EN的寄存器----GPE_EN_95_64，但实际测试过程中发现不去置位GPE_EN_95_64:22也能触发SCI中断。
前面也说过我们无法通过MMIO获得PMC Controller PCIe配置空间的值，更无法获得ACPI Power managerment IO register的地址，所以最终还是要到Intel代码中获得：
TOKEN Name = "ACPI_BASE_ADDRESS" Value = "0x1800" Help = "ACPI Base Address(ABASE), D31F2, Offset 40h" TokenType = Integer TargetH = YesEnd
由此可知，ACPI Power managerment IO register(ABASE)的偏移地址为0x1800：
图13. ACPI Power managerment IO register物理地址输出。
ACPI命名空间_GPE下_Lxx_Exx Control Method用于接收和处理SCI event，_L/_E分别指电平触发和边缘触发，而xx(16 进制)是128个GPE中断源中的编号。
本文中GPPC_E Port映射到GPE_96_64(GPPC_E22映射到了GPE_86)，因此我们需要在_GPE下添加_L56 Control Method：
IntelCometLakePlatSamplePkgAcpiAcpiTablesDsdtGpe.asl Scope(_GPE) { Method (_L56, 0, Serialized){ DSTR("l-event _L56"); } }
当GPIO pin处于高电平时(pin在上拉状态下)，有大量的"l-event _L56"输出；当GPIO pin搭上Gnd引脚，不会有这条语句输出：
图15. GPP_E22处于高电平时，Bios的输出
总结：
Tiger Lake Platform Controller Hub (PCH) BIOS Specification概括了GPIO SCI的步骤：
这次完了？还是没完，还有软件篇，介绍把Bios的Q-event消息转交给驱动程序进一步处理，所以请各位待续~
参考：
a.<Intel® 100 Series Chipset Family PCH Datasheet, Vol. 1 > (简称PCH EDS Vol1)/<Intel® 100 Series Chipset Family PCH Datasheet, Vol. 2> (简称PCH EDS Vol2)， 这两份是Intel Skylake PCH spec，规定了PCH的寄存器偏移/默认值等；
b.<Tiger Lake Platform Controller Hub (PCH) BIOS Specification>， 这一份是Intel Tiger Lake bios writer guide，规定了如何在Bios中配置GPIO；
![Windows应用程序响应主板上GPIO(SCI)设备中断 硬件篇]( "Windows应用程序响应主板上GPIO(SCI)设备中断 硬件篇")
看雪ID：hyjxiaobia
https://bbs.pediy.com/user-home-399589.htm
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本文始发于微信公众号（看雪学院）：Windows应用程序响应主板上GPIO(SCI)设备中断 硬件篇
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