接前一篇文章：《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第II篇 第13章 PCI总线与虚拟化技术（3）
13.1 IOMMU
13.1.2 IA处理器的VT-d
IA（Intel Architecture）处理器使用VT-d技术将PCI总线域的物理地址转换为HPA地址。这个映射过程也被称为DMA Remapping。IA处理器系统使用DMA Remapping机制可以辅助虚拟化技术对外部设备进行管理。
在IA处理器系统中，所有的外部设备都是PCI设备。每一个设备都唯一对应一个Bus Number、Device Number和Function Number。为此，IA处理器设置了一个专门的结构，即Root Entry Table，管理每一棵PCI总线树（如果处理器系统有多个PCI总线树，则需要多个Root Entry Table）。在这种结构下，每一个PCI设备根据其Bus（总线）号、Device（设备）号、Function（功能）号，唯一确定一个Context Entry。VT-d将这个结构称为“Device to Domain Mapping”结构，如图13-3所示：
VT-d一共设置了两种结构描述PCI总线树结构，分别为Root Entry和Context Entry。其中，Root Entry描述PCI总线，一棵PCI总线树最多有256条PCI总线，每一条PCI总线对应一个Root Entry；每条PCI总线中最多有32个设备，而每个设备最多有8个Function，而每一个Function又对应一个Context Entry，因此每个Context Entry表中共有256个表项。
在一个处理器系统中，一个指定的PCI Function唯一对应一个Context Entry，这个Context Entry指向这个PCI Function使用的地址转换结构（Address Translation Structures）。当一个PCI Function隶属于不同的Domain时，将使用不同的地址转换结构。但是在一个时间段里，PCI Function只能使用一个地址转换结构，即Context Entry只能指向一个Domain的地址转换结构。这个地址转换结构的主要功能是完成PCI总线域到HPA存储器域的地址转换。
如前文图13-1所示，当一个设备进行DMA操作时，Domain使用PCI总线域的地址填写此设备和与DMA传送相关的寄存器；当这个设备启动DMA操作时，将使用PCI总线地址，之后通过DMA Remapping机制，将PCI总线域地址转换为HPA存储器域地址；然后将数据传送到实际的物理地址空间中。而Domain通过处理器的MMU机制将GPA转换为HPA，访问物理地址空间。
图13-1 DMA-Remapping的实现
从图13-3中可以发现，每一个Function在每一个Domain中都可能有一个地址转换结构，以完成GPA到HPA的转换，因此在每一个Domain中，最多有256个地址转换结构。这些结构无疑将占用内存部分，但是并不会产生较大的浪费。因为在实际设计中，同一个Domain下的所有PCI设备使用的总线地址到HPA地址的转换结构可以相同。因此在实践中，每个Domain仅使用一个地址转换结构即可。
IA处理器使能VT-d后，PCI设备进行DMA操作，需要根据Bus、Device和Function号确定Context Entry，之后使用图13-4所示的方法完成PCI总线地址到HPA地址的转换。
在上图中，4KB Page Table（页表）中的每个Entry的大小为8B（Byte），因此在计算偏移时，需要左移3位。PCI总线地址通过三级目录，最终找到与HPA对应的4KB大小的页面，从而完成PCI总线地址到HPA的转换。值得注意的是，IA处理器还支持2MB（SP=1）、1GB（SP=2）、512GB（SP=3）和1TB（SP=4）大小的Super Page，而本节仅使用了4KB大小的页面。
为了加快PCI总线地址到HPA地址的转换速度，IA处理器分别为Root Entry和Context Entry设置了Context Cache以加快Context Entry的获取速度，同时还设置了IOTLB加速PCI总线地址到HPA地址的转换速度。
IOTLB相当于I/O页表的Cache，当一个PCI设备进行DMA操作时，首先在IOTLB中查找PCI总线地址与HPA地址的映射关系。如果在IOTLB命中，则PCI设备直接获得HPA地址进行DMA操作；如果未在IOTLB命中，则需要使用图13-4中所示的步骤进行PCI总线地址到HPA地址的转换。
Intel并未公开“没有在IOTLB命中”的实现细节。当出现这种情况时，IA处理器可能使用内部的Microcode完成图13-4所示的算法。
使用VT-d，除了可以有效地支持虚拟化技术以外，还可以支持一些只能访问32位地址空间的PCI设备访问4GB之上的物理地址空间。
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