PCIe協(xié)議相關(guān)資料要點(diǎn)

1、1PCIe簡(jiǎn)介PCI-Express是最新的總線和接口標(biāo)準(zhǔn)，它原來的名稱為“3GIO”，是由英特爾提出的，很明顯英特爾的意思是它代表著下一代I/O接口標(biāo)準(zhǔn)。交由PCI-SIG（PCI特殊興趣組織）認(rèn)證發(fā)布后才改名為“PCI-Express”。這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)將全面取代現(xiàn)行的PCI和AGP，最終實(shí)現(xiàn)總線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。它的主要優(yōu)勢(shì)就是數(shù)據(jù)傳輸速率高，目前最高可達(dá)到10GB/s以上，而且還有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?。PCI Express也有多種規(guī)格，從PCI Express 1X到PCI Express 16X，能滿足現(xiàn)在和將來一定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的低速設(shè)備和高速設(shè)備的需求。能支持PCI Express的主要是英特爾的

2、i915和i925系列芯片組。PCI Express（以下簡(jiǎn)稱PCI-E）采用了目前業(yè)內(nèi)流行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接，比起PCI以及更早期的計(jì)算機(jī)總線的共享并行架構(gòu)，每個(gè)設(shè)備都有自己的專用連接，不需要向整個(gè)總線請(qǐng)求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到一個(gè)很高的頻率，達(dá)到PCI所不能提供的高帶寬。相對(duì)于傳統(tǒng)PCI總線在單一時(shí)間周期內(nèi)只能實(shí)現(xiàn)單向傳輸，PCI-E的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質(zhì)量，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。PCI-E的接口根據(jù)總線位寬不同而有所差異，包括X1、X4、X8以及X16，而X2模式將用于內(nèi)部接口而非插槽模式。PCI-E規(guī)格從1條通道連接到32條通道連接，有非常強(qiáng)的伸縮性

3、，以滿足不同系統(tǒng)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬不同的需求。此外，較短的PCI-E卡可以插入較長(zhǎng)的PCI-E插槽中使用，PCI-E接口還能夠支持熱拔插，這也是個(gè)不小的飛躍。PCI-E X1的250MB/秒傳輸速度已經(jīng)可以滿足主流聲效芯片、網(wǎng)卡芯片和存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬的需求，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足圖形芯片對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬的需求。因此，用于取代AGP接口的PCI-E接口位寬為X16，能夠提供5GB/s的帶寬，即便有編碼上的損耗但仍能夠提供約為4GB/s左右的實(shí)際帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過AGP 8X的2.1GB/s的帶寬。     盡管PCI-E技術(shù)規(guī)格允許實(shí)現(xiàn)X1（250MB/秒），X

4、2，X4，X8，X12，X16和X32通道規(guī)格，但是依目前形式來看，PCI-E X1和PCI-E X16已成為PCI-E主流規(guī)格，同時(shí)很多芯片組廠商在南橋芯片當(dāng)中添加對(duì)PCI-E X1的支持，在北橋芯片當(dāng)中添加對(duì)PCI-E X16的支持。除去提供極高數(shù)據(jù)傳輸帶寬之外，PCI-E因?yàn)椴捎么袛?shù)據(jù)包方式傳遞數(shù)據(jù)，所以PCI-E接口每個(gè)針腳可以獲得比傳統(tǒng)I/O標(biāo)準(zhǔn)更多的帶寬，這樣就可以降低PCI-E設(shè)備生產(chǎn)成本和體積。另外，PCI-E也支持高階電源管理，支持熱插拔，支持?jǐn)?shù)據(jù)同步傳輸，為優(yōu)先傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行帶寬優(yōu)化。2PCIe×1插槽接口：PEX8311為單通道PCI Express接口芯片，適

5、用于PCIe×1及以上的PCIe插槽。PCIe×1分為A面和B面各18個(gè)管腳，據(jù)此可以定義接口卡的PCIe金手指。 序號(hào)B面功能A面功能01+12v+12v電壓PRSNT1#熱撥插存在檢測(cè)02+12v+12v電壓+12v+12v電壓03RSVD保留針腳+12v+12v電壓04GND地GND地05SMCLK系統(tǒng)管理總線時(shí)鐘JTAG2測(cè)試時(shí)鐘、JTAG接口輸出時(shí)鐘06SMDAT系統(tǒng)管理總線數(shù)據(jù)JTAG3測(cè)試數(shù)據(jù)輸出07GND地JTAG4測(cè)試模式選擇08+3.3v+3.3.v電壓JTAG5測(cè)試模式選擇09JTAG1測(cè)試復(fù)位，JTAG接口復(fù)位時(shí)鐘+3.3v+3.3.v電壓

6、103.3vaux3.3v輔助電源+3.3v+3.3.v電壓11WAKE#鏈接激活信號(hào)PERST#PCIe復(fù)位信號(hào)12RSVD保留針腳GND地13GND地REFCLK+差分信號(hào)對(duì)的參考時(shí)鐘14PETp00號(hào)信道發(fā)送REFCLK-15PETn0GND地16GND地PERp00號(hào)信道接收17PRSNT2#熱撥插存在檢測(cè)PERn018GND地GND地  3PEX8311管腳功能PEX8311 RDK硬件參考手冊(cè)中，提供了該開發(fā)板的詳細(xì)電路原理圖，在研讀、分析和測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行消化，其中最主要是PEX8311的管腳描述和功能使用。通過對(duì)管腳（BALL）的具體分析，進(jìn)一步加深了對(duì)器件

7、功能的理解，可以設(shè)計(jì)出合理高效的原理圖。1）PEX8311管腳的分類：PCI Express信號(hào)：包括PCI Express接口信號(hào)，PCI Express 配置空間串行EEPROM信號(hào)；Local總線接口信號(hào)：包括Local總線C總線模式（非復(fù)用模式）信號(hào)、Local總線J總線模式（復(fù)用模式）信號(hào)和Local配置空間串行EEPROM接口信號(hào)；JTAG信號(hào)；測(cè)試信號(hào)；NC（未連接）信號(hào)；電源和地信號(hào)；其它信號(hào)。2）管腳描述2.1）PCI Express接口信號(hào)（9個(gè)）PERn0：輸入，負(fù)向的PCI Express差分接收信號(hào)；PERp0：輸入，正向的PCI Express差分接收信號(hào)；PERS

8、T#：雙向，PCI Express復(fù)位信號(hào)；在Endpoint模式下，作為輸入信號(hào)，對(duì)橋接芯片進(jìn)行復(fù)位；在Root Complex模式下，作為輸出信號(hào)，在PCI被復(fù)位時(shí)輸出有效信號(hào)；PETn0：輸出，負(fù)向的PCI Express差分發(fā)射信號(hào)；PETp0：輸出，正向的PCI Express差分發(fā)射信號(hào)；REFCLK-：輸入，負(fù)向的PCI Express差分時(shí)鐘輸入信號(hào)，PCI Express允許100MHz的寬頻參考時(shí)鐘，在Endpoint模式下該管腳連接到PCI Express總線的REFCLK-上；在Root Complex模式下連接到外部的差分時(shí)鐘源上；REFCLK+：輸入，正向的PCI

9、Express差分時(shí)鐘輸入信號(hào)，PCI Express允許100MHz的寬頻參考時(shí)鐘，在Endpoint模式下該管腳連接到PCI Express總線的REFCLK+上；在Root Complex模式下連接到外部的差分時(shí)鐘源上；WAKEIN#：輸入，在Root Complex模式下，作為輸入信號(hào)，當(dāng)處于L2連接狀態(tài)時(shí)PCI Express設(shè)備接收外部喚醒信號(hào)；WAKEOUT#：開路輸出，在Endpoint模式下，作為輸出信號(hào)，當(dāng)處于L2連接狀態(tài)時(shí)輸出喚醒信號(hào)；2.2）PCI Express配置空間串行EEPROM功能支持信號(hào)（4個(gè)）EECLK：輸出，串行EEPROM時(shí)鐘信號(hào)，該管腳直接連接到串行

10、EEPROM的串行時(shí)鐘輸入端SCK管腳，EECLK的頻率可有PECS Serial EEPROM Clock FrequencyEECLKFREQ) 寄存器編程設(shè)置，范圍為2M-25M；EECS#：輸出，串行EEPROM片選信號(hào)，低電平有效的片選信號(hào)，直接連接到EEPROM的CS#管腳；EERDDATA：串行EEPROM數(shù)據(jù)讀，直接連接到EEPROM的數(shù)據(jù)輸出SO管腳；EEWRDATA：串行EEPROM數(shù)據(jù)寫，直接連接到EEPORM的數(shù)據(jù)輸入SI管腳。2.3）Local總線接口C總線模式（非復(fù)用模式）信號(hào)（96個(gè)）ADS#：雙向，地址選通信號(hào)，表明地址有效，可以開始新的總線訪問；BIGENG#

11、：輸入，Big Endian（高位在后）選擇信號(hào)，在Local總線進(jìn)行主控（Master）傳輸或配置寄存器訪問時(shí)該信號(hào)有效，采用高位在后的字節(jié)排序方式操作；BLAST#：雙向，突發(fā)臨終信號(hào)，作為輸入信號(hào)，在Local主控總線有效該信號(hào)，表示總線訪問的最后一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)；作為輸出信號(hào)，PEX8311有效該信號(hào)，表示總線訪問的最后一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)；BREQi：輸入，總線申請(qǐng)信號(hào)，Local總線申請(qǐng)總線時(shí)有效，當(dāng)通過配置寄存器使能該位后，當(dāng)PEX8311正在直從模式或DMA傳輸時(shí)，會(huì)釋放總線；BREQo：輸出，終止總線申請(qǐng)信號(hào)，當(dāng)補(bǔ)償定時(shí)器終止，Local總線占用總線結(jié)束；BTERM#：雙向，突發(fā)終止信號(hào)

12、，作為輸入信號(hào)，該信號(hào)有效時(shí)，PEX8311會(huì)終止當(dāng)前傳輸，若當(dāng)前傳輸未及時(shí)完成，則產(chǎn)生一個(gè)新的地址周期繼續(xù)傳輸；作為輸出信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)PCI異常中斷信號(hào)后，PEX8311輸出該信號(hào)用來終止當(dāng)前傳輸；CCS#：輸入，配置寄存器選擇信號(hào)，當(dāng)Local總線訪問PEX8311時(shí)，內(nèi)部PEX8311的LCS寄存器被該信號(hào)選擇；DACK1:0#：輸出，DMA通道選通確認(rèn)信號(hào)； DMPAF/EOT#：復(fù)用管腳，缺省的功能未DMPAF輸出，需要配置(LCS DMAMODE014 and DMAMODE114=00b)，作為DMPAF，即直從模式下可編程FIFO寫滿標(biāo)志信號(hào)使用時(shí)，可通過LCS

13、DMPBAM10, 8:5.來設(shè)置；作為當(dāng)前DMA通道傳輸結(jié)束信號(hào)標(biāo)志（EOT#）輸入時(shí)，用來終止當(dāng)前的DMA傳輸，注意在使用前需要保證已經(jīng)激活了DMA通道；DP3:0：雙向，數(shù)據(jù)校驗(yàn)信號(hào)，校驗(yàn)位在PEX8311進(jìn)行讀寫操作時(shí)有效，對(duì)總線的四字節(jié)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)；DREQ1:0：輸入，DMA通道命令模式下的請(qǐng)求信號(hào)，DREQ0#關(guān)聯(lián)通道0，DREQ1#關(guān)聯(lián)通道1；LA31:2：雙向，Local地址信號(hào)，提供的是總線物理地址的高30位（缺省為32位數(shù)據(jù)傳輸，不需要低2位），當(dāng)進(jìn)行突發(fā)模式的傳輸時(shí)，地址會(huì)自動(dòng)累加用以表示一個(gè)持續(xù)的數(shù)據(jù)周期；LBE3:0#：雙向，本地字節(jié)使能信號(hào)，用來表明四字節(jié)數(shù)據(jù)

14、傳輸時(shí)的字節(jié)有效。利用此信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)32位、16位和8位數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)由該管腳提供輔助增加的地址信號(hào)；LCLK：輸入，Local總線時(shí)鐘信號(hào)，該管腳任何操作都必須外接時(shí)鐘信號(hào)；LD31:0：Local數(shù)據(jù)總線信號(hào)。當(dāng)PEX8311配置為L(zhǎng)ocal總線主控時(shí)，可以傳輸8位、16位或32位數(shù)據(jù)；當(dāng)進(jìn)行直主模式訪問PEX8311時(shí)必須位32位數(shù)據(jù)傳輸；LHOLD：輸出，Local總線獨(dú)占請(qǐng)求信號(hào)，有效時(shí)獨(dú)占Local總線；LHOLDA：輸入，Local總線獨(dú)占應(yīng)答信號(hào)，當(dāng)當(dāng)前Local總線的擁有者響應(yīng)LHOLD信號(hào)后，Local總線仲裁器有效該信號(hào)；PEX8311未發(fā)出LHOLD信號(hào)時(shí)，不能把Loc

15、al總線使用權(quán)賦給PEX8311；LINTi#：輸入，Local中斷輸入信號(hào)，在使能LCS Interrupt Control/Status 寄存器的(INTCSR11, 8 = 11b)后，PCI Express有效INTA；       LINTo#：輸出，Local中斷輸出信號(hào)，當(dāng)中斷條件發(fā)生或LCS Interrupt Control/Status寄存器設(shè)置后，該管腳同步輸出；       LRESET#：雙向，Local總線復(fù)位信號(hào)，在Root Complex模式下

16、，該為輸入信號(hào)用來復(fù)位PEX8311；在Endpoint模式下，當(dāng)PEX8311復(fù)位時(shí)輸入該信號(hào)，用來復(fù)位背板的邏輯電路；       LSERR#：輸出，Local系統(tǒng)錯(cuò)誤信號(hào)中斷輸出信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)中斷使能或中斷異常，該管腳同步輸出；       LW/R#：雙向，Local讀寫信號(hào)；       PMEIN#：輸入，電源管理事件輸入信號(hào)，該信號(hào)只在Endpoint模式下可用，用來產(chǎn)生一個(gè)PM_PME消息傳到PCI

17、Express空間；       PMEOUT#：開路輸出，電源管理事件輸出信號(hào)，該信號(hào)只在Root Complex模式下可用，開路輸出用來給Local主機(jī)發(fā)送信號(hào)，表明PM_PME消息已經(jīng)從PCI Express空間中獲得；       READY#：雙向，I/O就緒信號(hào)，直從或DMA傳輸下為輸入信號(hào)，表明可讀的數(shù)據(jù)已經(jīng)在總線上有效或待寫數(shù)據(jù)已經(jīng)在下個(gè)時(shí)鐘上升沿到達(dá)前準(zhǔn)備好；直主傳輸下為輸出信號(hào)，同樣的條件輸出該信號(hào)；    

18、0;  USERi/LLOCKi#：復(fù)用輸入管腳，復(fù)用設(shè)置是根據(jù)(CNTRL18=1)來設(shè)置的，作為用戶輸入信號(hào)時(shí)，為用戶自定義的信號(hào)，可由PEX8311的配置寄存器讀取；作為L(zhǎng)ocal鎖定輸入時(shí)，在PEX8311直接訪問內(nèi)部PCI總線，需要多重傳輸時(shí)有效；       USERo/LLOCKo#：復(fù)用輸出管腳，復(fù)用設(shè)置是根據(jù)(CNTRL19=1)來設(shè)置的，作為用戶輸出信號(hào)時(shí)，為用戶自定義的信號(hào)，可由PEX8311的配置寄存器控制輸出；作為L(zhǎng)ocal鎖定輸入時(shí)，表明直從模式PCI-Local總線訪問需要多重傳輸； 

19、      WAIT#：雙向，I/O等待信號(hào)，作為輸入信號(hào)時(shí)，在PEX8311直主模式下訪問數(shù)據(jù)周期時(shí)有效；作為輸出信號(hào)時(shí)，可以通過編程在直從模式傳輸?shù)倪^程中，在Local總線時(shí)鐘周期中插入等待狀態(tài)；2.4）Local總線接口J總線模式（復(fù)用模式）信號(hào)（96個(gè)）與C總線模式相比，只是在若干管腳上有所不同。ALE：雙向，地址鎖存使能信號(hào)，表明有效的地址，并開始一個(gè)新的總線訪問周期；作為輸入信號(hào)時(shí)，PEX8311在LCLK高電平時(shí)鎖存到達(dá)的地址信號(hào)；作為輸出信號(hào)時(shí)，參考如下時(shí)序；（對(duì)應(yīng)C總線模式管腳為L(zhǎng)A29）   &

20、#160;    DEN#：輸出，數(shù)據(jù)使能信號(hào)，低有效時(shí)表明Local總線可以驅(qū)動(dòng)Local數(shù)據(jù)總線，與DT/R#配合使用；DT/R#：輸出，數(shù)據(jù)發(fā)送/接收信號(hào)，該信號(hào)低有效時(shí)表明PEX8311已經(jīng)驅(qū)動(dòng)有效數(shù)據(jù)到Local數(shù)據(jù)總線上，高電平時(shí)表明PEX8311正在接收數(shù)據(jù)，通過和DEN#信號(hào)配合來控制數(shù)據(jù)發(fā)送器（transceivers）；（對(duì)應(yīng)C總線模式管腳為L(zhǎng)A31）       LA28:2：雙向，Local地址總線，低兩位地址由LBE1:0#提供；    &

21、#160;  LAD31:0：雙向，Local地址/數(shù)據(jù)總線，即地址總線和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。       地址周期：       作為L(zhǎng)ocal總線的主控，PEX8311提供了一個(gè)32位的地址用于數(shù)據(jù)傳輸，8位數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，LAD31:0提供字節(jié)地址；16位數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，LAD31:1提供字地址，LAD0為0；32為數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，LAD31:2提供雙字地址，LAD1:0為00；作為L(zhǎng)ocal總線的從控，主控方以32為地址訪問PEX8311，LAD1:0忽略，在ADS#有效期間

22、、LCLK上升沿到達(dá)時(shí)或者ALE有效時(shí)，輸入的地址被鎖存入PEX8311中。       數(shù)據(jù)周期：       作為L(zhǎng)ocal總線的主控，PEX8311通過總線數(shù)據(jù)寬度訪問方式可以提供了8/16/32位數(shù)據(jù)傳輸通道；作為L(zhǎng)ocal總線的從控，32位的數(shù)據(jù)總線被用來讀取/寫入PEX8311。       LBE3:0#：Local總線使能信號(hào)，與C總線模式不同，主要時(shí)地址總線采用了地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總

23、線LAD。2.5）Local配置空間串行EEPROM接口信號(hào)（3個(gè)）       EECS：輸出，串行EEPROM片選信號(hào)；       EEDI/EEDO：雙向，串行EEPROM數(shù)據(jù)輸入/輸出信號(hào)，為復(fù)用方式的讀寫數(shù)據(jù)到EEPROM；       EESK：輸出，串行EEPROM時(shí)鐘信號(hào)。       2.6）其它接口信號(hào)（11個(gè)）  

24、     BAR0ENB#：輸入，PCI Base Address 0寄存器使能信號(hào)，低有效時(shí)使能PECS PCI Base Address 0寄存器，高電平時(shí)，由PECS Device-Specific Control (DEVSPECCTL)寄存器的PCI Base Address 0使能位來使能PCI Base Address 0；       GPIO3:0：雙向，可以通過General-Purpose I/O Control寄存器來進(jìn)行功能配置。   &#

25、160;   MODE1:0：輸入，Local總線模式選擇，        PCLK_IN：輸入，內(nèi)部時(shí)鐘輸入信號(hào)，需要接入66MHz的時(shí)鐘；在ROOT_COMPLEX#有效時(shí)可以直接從外部通過一個(gè)33歐姆的電阻接到PCLKO端即可；在ROOT_COMPLEX#無(wú)效時(shí)，需要外接66MHz的時(shí)鐘信號(hào)；       PCLKO：輸出，內(nèi)部時(shí)鐘輸出信號(hào)，內(nèi)部參考時(shí)鐘緩沖輸出，頻率可通過PECS DEVINIT寄存器的PCLKO Clock Freque

26、ncy field字段值編程更改，缺省輸出為66MHz；         PWR_OK：輸出，電源確定信號(hào)，只在Endpoint模式下可用，該信號(hào)表明在PCI Express Set Slot Power Limit message的值大于或等于POWER寄存器里設(shè)定的值；       ROOT_COMPLEX#：輸入，當(dāng)?shù)陀行r(shí)，表明PEX8311作為PCI Express Root Complex設(shè)備工作（北橋North Bridge）；當(dāng)高無(wú)效時(shí)，表

27、明PEX8311作為PCI Express Endpoint設(shè)備（接口Peripheral Board）工作。       2.7）JTAG信號(hào)（5個(gè)）       TCK：輸入，測(cè)試時(shí)鐘；       TDI：輸入，測(cè)試數(shù)據(jù)輸入；       TDO：輸出，測(cè)試數(shù)據(jù)輸出；       TMS：輸入，測(cè)試模式選擇；       TRST#：輸入，測(cè)試復(fù)位。&#