PCIe体系结构概述

Posted 2020-09-18 波罗蜜

0.PCI总线作为处理器系统的局部总线，主要目的是为了连接外部设备，而不是作为处理器的系统总线连接Cache和主存储器 

   PXI 规范是CompactPCI规范的扩展 , 面向仪器系统的PCI扩展

   PCI Express的接口根据总线位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16。较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。

 

第I篇 PCI体系结构概述

第1章 PCI总线的基本知识

PCI Express总线简称为PCIe总线，PCI-to-PCI桥简称为PCI桥，PCI Express-to-PCI桥简称为PCIe桥，Host-to-PCI主桥简称为HOST主桥。值得注意的是许多书籍将HOST主桥称为PCI主桥或者PCI总线控制器。

1）PCI总线规范定格在V3.0。PCI总线规范的许多内容都与基于IA (Intel Architecture)架构的x86处理器密切相关

2）HOST主桥的一个重要作用就是将处理器访问的存储器地址转换为PCI总线地址。 

3）在1颗PCI总线树上，最多只能挂接256个PCI设备(包括PCI桥)。 

4）PCI设备使用的地址可以根据需要由系统软件动态分配 

5）每一个PCI设备都有独立的配置空间，在配置空间中含有该设备在PCI总线中使用的基地址，系统软件可以动态配置这个基地址，从而保证每一个PCI设备使用的物理地址并不相同。PCI桥的配置空间中含有其下PCI子树所能使用的地址范围。

6）32位/33MHz的PCI总线可以提供132MB/s的峰值带宽， PCIE可达几个GB

7）HOST主桥和PCI桥都包含PCI总线仲裁器，PCI设备通过仲裁获得PCI总线的使用权后，才能进行数据传送

8）PCI总线的外部设备，如网卡、声卡、USB扩展卡等， 显卡是AGP总线（会往PCIe过渡）

    x86处理器将PCI总线作为标准的局部总线连接各类外部设备，PowerPC、MIPS处理器也将PCI总线作为标准局部总线。

    在ARM处理器中，使用SoC平台总线，即AMBA总线，连接片内设备。 

9）PCI总线上的设备可以通过四根中断请求信号INTA~D#向处理器提交中断请求

1.1 PCI总线的组成结构

 

1）HOST主桥与主存储器控制器在同一级总线上，PCI设备可以方便地通过HOST主桥访问主存储器，即进行DMA操作。

2）处理器与PCI设备间的数据交换主要由“处理器访问PCI设备的地址空间”和“PCI设备使用DMA机制访问主存储器”这两部分组成。 

    有几个HOST主桥，就有几个PCI总线域。 

3）HOST主桥在处理器系统中的位置并不相同，如PowerPC处理器将HOST主桥与处理器集成在一个芯片中。

     而有些处理器不进行这种集成，如x86处理器使用南北桥结构，处理器内核在一个芯片中，而HOST主桥在北桥中。

1.1.3 PCI设备 

1) 在PCI总线中有三类设备，PCI主设备、PCI从设备和桥设备。

     其中PCI从设备只能被动地接收来自HOST主桥，或者其他PCI设备的读写请求；

     而PCI主设备可以通过总线仲裁获得PCI总线的使用权，主动地向其他PCI设备或者主存储器发起存储器读写请求。

2)  一个PCI设备可以即是主设备也是从设备 (叫做PCI Agent)，但是在同一个时刻，这个PCI设备或者为主设备或者为从设备。

     网卡、显卡、声卡等设备都属于PCI Agent设备

1.1.4 HOST处理器

     HOST主桥中，设置了许多寄存器，HOST处理器通过操作这些寄存器管理这些PCI设备。

     如在x86处理器的HOST主桥中设置了0xCF8和0xCFC这两个I/O端口访问PCI设备的配置空间

 

1.2 信号定义

1） PCI 是共享总线， 通过一系列信号与PCI总线相连，这些信号由地址/数据信号、控制信号、仲裁信号、中断信号等多种信号组成。

      也是同步总线，每一个设备都具有一个CLK信号，其发送设备与接收设备使用这个CLK信号进行同步数据传递。