BDF解析与配置空间详细指南

在探讨计算机系统内部的数据传输时，PCI Express（PCIe）总线作为关键的组件之一，扮演着重要的角色。与早期的PCI总线相比，PCIe引入了更多灵活性和高效性。下面我们来详细了解PCIe设备的功能、配置空间以及拓扑结构。
首先，一个PCIe设备可以拥有一个或多个功能。每个设备至少有一个基本功能，称为Fun0，但它也可以具备多达8个功能，这种设备被称为多功能设备。无论设备拥有多少功能，每个功能都有一个独立的配置空间与之对应，确保了独立配置和操作的可能性。
与PCI总线相似，PCIe总线上的每个功能都有一个唯一的标识符，称为BDF（Bus，Device，Function）。这个标识符帮助系统识别总线中的每个设备和功能。配置软件，通常是PC端的Root应用层，需要能够识别PCIe总线的整个拓扑结构，包括各个总线和设备。
在BDF标识符中，Bus Number占用8位，可以支持最多256个子总线；Device Number占用5位，每个子总线上可以支持最多32个设备；Function Number占用3位，每个设备可以支持最多8个功能。这种结构使得PCIe总线具有极高的扩展性和灵活性。
PCIe总线的拓扑结构采用了深度优先搜索算法，Bus0总是分配给Root ComPlex，这是总线的核心。Root Complex内部集成了Endpoint和多个端口，每个端口都相当于一个虚拟的PCI-to-PCI桥，它们也有自己的设备号和功能号。
值得注意的是，每个设备都必须有一个功能0，即Fun0，而其他的功能（Fun1至Fun7）则是可选的。这种设计使得基本的设备功能得到保障，同时允许设备根据需要进行扩展。
以一个简单的例子来说明，下图展示了一个PCIe总线的基本拓扑结构：
关于PCIe总线的拓扑逻辑，我们将在后续的文章中详细探讨。
在兼容性方面，PCIe总线几乎完整地保留了PCI总线的配置空间，并将其扩展到了4KB，以支持一些新的功能，如PCI Express Capability、Power Management和MSI/MSI-X等。以下是从PCI总线继承过来的配置空间示意图：
而下面则是PCIe新增的配置空间示意：
通过这样的设计，PCIe总线不仅提升了数据传输的效率，还增加了系统的可扩展性，为现代计算机系统的高效运行提供了坚实基础。

前面的文章中介绍过，每一个PCIe设备可以只有一个功能（Function），即Fun0。也可以拥有最多8个功能，即多功能设备（Multi-Fun）。不管这个PCIe设备拥有多少个功能，其每一个功能都有一个唯一独立的配置空间（Configuration Space）与之对应。

和PCI总线一样，PCIe总线中的每一个功能（Function）都有一个唯一的标识符与之对应。这个标识符就是BDF（Bus，Device，Function），PCIe的配置软件（即Root的应用层，一般是PC）应当有能力识别整个PCIe总线系统的拓扑逻辑，以及其中的每一条总线（Bus），每一个设备（Device）和每一项功能（Function）。

在BDF中，Bus Number占用8位，Device Number占用5位，Function Number占用3位。显然，PCIe总线最多支持256个子总线，每个子总线最多支持32个设备，每个设备最多支持8个功能。

PCIe总线采用的是一种深度优先（Depth First Search）的拓扑算法，且Bus0总是分配给Root Complex。Root中包含有集成的Endpoint和多个端口（Port），每个端口内部都有一个虚拟的PCI-to-PCI桥（P2P），并且这个桥也应有设备号和功能号。

需要注意的是，每个设备必须要有功能0（Fun0），其他的7个功能（Fun1~Fun7）都是可选的。

一个简单的例子如下图所示：

注：关于PCIe总线的拓扑逻辑会在后面的文章中进行详细地介绍。

前面的关于PCI总线的文章介绍过PCI总线的配置空间，PCIe总线为了兼容这些PCI设备，几乎完整的保留了PCI总线的配置空间。并将配置空间扩展到4KB，用于支持一些PCIe总线中新的功能，如PCI Express Capability、Power Management和MSI/MSI-X等。

下图是从PCI总线中继承过来的配置空间：

下图是PCIe新增的配置空间的示意图：