本文将介绍PCI Expansion ROM相关内容，转载于PCI&PCIE ExpansionOption ROM。

1. What is Expansion ROM

Expansion rom是pci/pcie设备可选的一个外接的eprom芯片，用来存储相应pci设备的初始化代码或者系统启动代码。BIOS在POST(Power-on Self Test)阶段，会扫描pci设备是否有expansion rom，有的话将其拷贝到ram中执行。在PCI规范中称为expansion rom，在BIOS术语里面称为option rom。

2. PCI配置空间关于Expansion ROM的定义

The four-byte register at offset 30h in a type 00h predefined header is defined to handle the base address and size information for this expansion ROM.

关于“Expansion rom base address”寄存器的具体定义细节如下：

bit11-bit31定义expansion rom映射到memeory空间的高位地址bit11-bit31。bit0表示是否使能expansion rom，1使能为使能，需要注意的是expansion rom和pci其他的bar空间是共享地址解码的，所以一旦使能expansion rom就不能对其他的bar空间进行操作。expansion rom空间大小的计算方法和其他的“base address register”一样，往基址寄存器写全1，然后再回读进行计算。

软件把“Expansion rom base address”寄存器的基地址配置成相应的memeory空间地址并使能expansion rom以后，就可以对设备的expansion rom进行读访问了。软件将expansion rom中包含的可执行代码拷贝到ram中执行，不用关心这些可执行代码具体干些什么事情。

3. Expansion ROM的组织结构

Expansion rom的组织结构有相应的规范。一个可能包含多个rom image，可以支持多个不同类型的pci设备，每种设备也可以支持不同架构cpu的可执行代码。多个image在一个expansion rom芯片中的组织如下图所示，其中每份image的开始地址都是以512bytes对齐的：


一份标准的image由两部分组成：PCI Expansion ROM Header Format和PCI Data Structure Format。具体的格式定义如下图:

4. Expansion ROM的初始化过程

BIOS的POST阶段，扫描并执行pci设备的expansion rom的过程大概分以下几步：

  1. 首先判断pci设备是否实现“Expansion rom base address”寄存器，有则进行下一步判断；
  2. 如果有实现了expansion rom的基址寄存器，则配置和使能expansion rom，然后查找expansion rom是否有”AA55”的标示字符，如果有则说明设备有真实的expansion rom芯片存在；
  3. 如果expansion rom已经存在，则扫描是否有适合本设备和本CPU架构的image代码存在；
  4. 如果有适合本环境的image代码存在，则把相应的代码拷贝到ram的合适位置，并跳入header format中指定的初始化入口执行；
  5. 最后关闭expansion rom的使能。

关于image代码的长度有3个概念：一是Image size这部分包括整个image的长度；一是Initialization size，这部分是将expansion rom拷贝到ram中执行，需要拷贝的长度；一是Runtime size，这部分的程序可以驻留在内存中，供运行时系统软件和OS调用。为了降低常驻代码对ram的占用，常用的做法是:在init功能执行完成以后，执行代码自己把长度修改为常驻程序最少需要占用的Runtime size。如果不需要常驻程序，直接把Runtime size修改成0。
对应的关系是：Image size >= Initialization size >= Runtime size。相应的组织架构如下图：

参考资料:

  1. PCI Local Bus Specification Revision 3.0
  2. PCI&PCIE ExpansionOption ROM
  3. BIOS之Option ROM详解
  4. PCI Firmware Specification Revision 3.0