微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH

1、7.3 PCI 總線PCI 總線簡介PCI 總線信號PCI / ISA 橋的信號交互PCI 總線操作PCI 總線仲裁PCI 的配置微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.1 PCI 總線簡介 PCI的提出 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 主要特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.1 PCI 總線簡介 PCI 的提出ISA 的局限性Data16bit；Address24bit；中斷邊沿觸發(fā)；總線物理結(jié)構(gòu)制約總線帶寬8MHz；硬件配置技術(shù)性強(qiáng)。EISA（ISA的32位擴(kuò)展） 在性能上有所改善。VL總線（VESA Local Bus）Video Electronic Standard Association 解決CPU與顯卡之間快

2、速數(shù)據(jù)傳輸。PCI（Peripheral Component Interface）Intel, 1992.6克服上述總線的不足，成為微機(jī)總線的主流。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.1 PCI 總線簡介系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Host / PCI 橋（North Bridge）：連接主處理器到基礎(chǔ)PCI總線，橋包括存儲器管理部件和AGP接口部件。PCI / ISA 橋 （South Bridge）：連接基礎(chǔ)PCI到 ISA或EISA 總線，通常還包含中斷控制器、IDE控制器、USB控制器和DMA控制器。PCI / PCI 橋：在基礎(chǔ)PCI總線或PCI插卡上，可連接或嵌入一個或多個PCI /PCI 橋。北橋 /

3、南橋構(gòu)成芯片組，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CHPCI 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.1 PCI 總線簡介主要特點(diǎn)獨(dú)立于處理器支持約80個總線功能（設(shè)每個PCI設(shè)備是一個PCI的電氣負(fù)載，一個典型的PCI可以支持大約10個電氣負(fù)載，因此每個設(shè)備可以包含8個PCI功能。）低功耗總線速度33Mhz （2.0版PCI規(guī)范） ，66Mhz（2.1版）并行的總線操作（PCI總線與處理器總線、擴(kuò)展總線同步工作。）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.1 PCI 總線簡介主要特點(diǎn)（續(xù)）全面支持PCI總線主設(shè)備（允許同級PCI總線訪問，允許通過PCI-PCI總線橋和擴(kuò)展總線橋訪問主存儲器和擴(kuò)展總線上的設(shè)備。）隱

4、式總線仲裁（在一個總線主設(shè)備正在PCI總線上進(jìn)行訪問時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行PCI總線仲裁。）在所有讀寫操作中可實(shí)現(xiàn)猝發(fā)傳送（32位PCI峰值傳送速率為132MB/s，64位峰值為264MB/s，66MHz、64位PCI峰值傳送速率為528BM/s）地址、命令、數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)（具有在地址、命令、數(shù)據(jù)上進(jìn)行奇偶校驗(yàn)的功能。）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.1 PCI 總線簡介主要特點(diǎn)（續(xù)）存儲器、I/O、配置地址空間自動配置寄存器（配置寄存器全部為按位定義，支持自動的設(shè)備檢測和配置）電平中斷，支持多源共享中斷引腳數(shù)少（PCI主設(shè)備49，目標(biāo)設(shè)備47）規(guī)范PCI 連接器和插卡定義、插卡尺寸（長卡、短卡和變高

5、短卡）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號PCI總線信號指PCI設(shè)備與PCI總線接口的信號。主設(shè)備比目標(biāo)設(shè)備信號多2個。基本信號可選信號系統(tǒng)信號 64位擴(kuò)展信號地址/數(shù)據(jù)和命令信號時(shí)鐘控制 CLKRUN#接口控制信號電源管理（in 2.2）仲裁信號（僅主設(shè)備） JTAG /邊界掃描錯誤報(bào)告信號中斷請求信號微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號主設(shè)備信號微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號目標(biāo)設(shè)備信號微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號系統(tǒng)信號CLK 總線時(shí)鐘信號（輸入，PCI總線上的所有操作都是與PCI時(shí)鐘信號同步的，系統(tǒng)在CLK的

6、上升沿采樣PCI上設(shè)備的所有輸入信號。）RST# 復(fù)位信號（輸入，復(fù)位信號在有效狀態(tài)下，將所有的PCI配置寄存器、主設(shè)備和目標(biāo)的狀態(tài)機(jī)，以及輸出驅(qū)動器置為初始狀態(tài)。）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號地址、數(shù)據(jù)和命令 AD 31：0 地址/數(shù)據(jù)時(shí)分復(fù)用總線 C / BE# 3:0 命令或字節(jié)使能 PAR 奇偶校驗(yàn)信號微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CHPCI命令命令類型C/BE#3:0中斷響應(yīng)0000特殊周期0001I / O 讀0010I / O 寫0011存儲器讀0110存儲器寫0111配置讀1010配置寫1011存儲器多行讀1100雙總線周期1101存儲器行讀1110存儲器寫和使無

7、效1111保留0100，0101，1000，1001微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CHPCI字節(jié)使能C/BE#3:0 映射 BE3#數(shù)據(jù)通道3，AD31:24和當(dāng)前尋址雙字第4個字節(jié) BE2#數(shù)據(jù)通道2，AD23:15和當(dāng)前尋址雙字第3個字節(jié) BE1#數(shù)據(jù)通道1，AD15:8和當(dāng)前尋址雙字第2個字節(jié) BE0#數(shù)據(jù)通道0，AD7:0和當(dāng)前尋址雙字第1個字節(jié)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號接口控制信號（交易過程主設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備的握手）FRAME#總線周期幀確認(rèn)信號（三態(tài)，指示總線交易的開始 和交易的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)FRAME#、IRDY#無效而GNT#有效時(shí)，表示主設(shè)備獲得總線權(quán)。之后，主設(shè)

8、備驅(qū)動FRAME#有效，表示交易的開始。在主設(shè)備和目標(biāo)之間，一個交易可包含一次或多次數(shù)據(jù)傳送，在主設(shè)備準(zhǔn)備完成最后數(shù)據(jù)交互時(shí)，驅(qū)動FRAME#為無效。）IRDY# 主設(shè)備（啟動方）準(zhǔn)備好信號（三態(tài)，表示主設(shè)備準(zhǔn)備好與目標(biāo)設(shè)備交換數(shù)據(jù)。在主設(shè)備與從設(shè)備進(jìn)行交易時(shí)，IRDY#有效表示主設(shè)備已準(zhǔn)備好向目標(biāo)設(shè)備發(fā)送（寫）數(shù)據(jù)或從目標(biāo)設(shè)備接收（讀）數(shù)據(jù)。用此信號通知從設(shè)備：主設(shè)備已準(zhǔn)備好。）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號接口控制信號（續(xù)）TRDY#目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好信號（三態(tài)，表示目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好與主設(shè)備交換數(shù)據(jù)。寫交易時(shí)，TRDY#有效表示目標(biāo)設(shè)備已準(zhǔn)備好接收主設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)；讀交易時(shí)

9、，表示目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好向數(shù)據(jù)總線發(fā)送數(shù)據(jù)。用此信號通知主設(shè)備：目標(biāo)設(shè)備已準(zhǔn)備好。）STOP#終止交易信號（三態(tài)，主設(shè)備為輸入信號，目標(biāo)設(shè)備輸出信號。當(dāng)目標(biāo)設(shè)備有效STOP#時(shí)，表明它希望主設(shè)備在進(jìn)程中停止交易。）LOCK#鎖定信號（三態(tài)，主設(shè)備為雙向信號，目標(biāo)設(shè)備為輸入信號。在基本交易系列中(例如：在一個信號機(jī)讀/修改/寫操作中)主設(shè)備用此信號鎖定當(dāng)前尋址的目標(biāo)。）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號接口控制信號（續(xù)）IDSEL 初始化設(shè)備選擇信號（是PCI設(shè)備的一個輸入信號，在訪問設(shè)備配置寄存器時(shí)用作片選擇信號。）DEVSEL# 設(shè)備選擇信號（主設(shè)備為輸入信號，目標(biāo)設(shè)備為輸出信

10、號。當(dāng)目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行地址譯碼時(shí)，使設(shè)備選擇信號有效。可作為當(dāng)前主設(shè)備和擴(kuò)展總線橋中負(fù)向譯碼器的輸入信號。當(dāng)一個主設(shè)備起動一次交易，并在6個CLK周期內(nèi)沒有檢測到DEVSEL#信號有效，主設(shè)備認(rèn)為目標(biāo)不能響應(yīng)或者訪問地址不存在。因此，主設(shè)備終止當(dāng)前交易。）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號仲裁信號REQ#總線請求信號GNT#總線允許信號每一個PCI主設(shè)備都有一對仲裁線直接連到PCI總線仲裁器上。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號中斷請求信號INTA#INTB#INTC#INTD#設(shè)備還可以使用消息信號中斷(MSI)來中斷處理器正在執(zhí)行的程序。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口

11、CH7.3.2 PCI 總線信號錯誤報(bào)告信號PERR#校驗(yàn)錯信號（三態(tài)，目標(biāo)設(shè)備為輸出，主設(shè)備為輸入和輸出。所有PCI設(shè)備都是強(qiáng)制產(chǎn)生作用在AD31：0、C/BE3：0總線上地址和數(shù)據(jù)信號的奇偶校驗(yàn)信息的。接收設(shè)備將檢查奇偶校驗(yàn)的合理性，如果PCI設(shè)備發(fā)現(xiàn)奇偶校驗(yàn)錯誤，則置PERR#信號有效。）SERR#系統(tǒng)錯信號（輸出，該信號在同一時(shí)間內(nèi)可由多個PCI代理驅(qū)動。在產(chǎn)生地址奇偶校驗(yàn)錯、專用周期數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯及其他嚴(yán)重錯誤時(shí)，PCI設(shè)備可以驅(qū)動系統(tǒng)錯誤信號SERR#，SERR#被看作向系統(tǒng)報(bào)告嚴(yán)重錯誤的最后求助途徑。通常在SERR#置為有效時(shí)，引起NMI中斷。在發(fā)生非嚴(yán)重錯誤或可糾正的錯誤時(shí)不激

12、活SERR#信號。該信號為漏極開路信號，需要外接漏極電阻。）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號64位擴(kuò)展信號AD 63:32高4組數(shù)據(jù)通道選擇信號（三態(tài)，與AD31:0結(jié)合，可將數(shù)據(jù)總線的寬度擴(kuò)展到64位。在一般交易的地址段中不使用這些引腳 ，除非正在進(jìn)行的交易為64位尋址。）C/BE 7:4數(shù)據(jù)通道4到7字節(jié)的使能信號（三態(tài)，在數(shù)據(jù)傳送階段中使用，而不是在地址段使用 (除非正在進(jìn)行64位尋址)。）REQ64#64位傳送請求信號（三態(tài)，主設(shè)備產(chǎn)生，表示希望使用高4組數(shù)據(jù)通道之一或更多來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。它的時(shí)序與FRAME#相同。）ACK64#64位傳送確認(rèn)信號（三態(tài)，由目標(biāo)產(chǎn)生

13、(如果它支持64位傳送)以響應(yīng)由主設(shè)備使能的REQ64#。它與DEVSEL#信號有相同的時(shí)序。）PAR64高位雙字奇偶校驗(yàn)信號（三態(tài)，是與AD63:32和C/BE7:4相關(guān)的奇偶校驗(yàn)位。）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號JTAG /邊界掃描（用于測試PCI設(shè)備的內(nèi)部電路，對PCI設(shè)備進(jìn)行功能測試。）TCK測試時(shí)鐘（輸入信號，在邊界掃描期間用于輸入和輸出的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)的計(jì)時(shí)設(shè)備。 ）TDI測試輸入（輸入信號，(與TCK結(jié)合)在一串?dāng)?shù)據(jù)位流中，用于將數(shù)據(jù)和指令輸入測試訪問端口(TAP)。）TDO測試輸出（輸出信號，(與TCK結(jié)合)在一串?dāng)?shù)據(jù)位流中，用于從測試訪問端口(TAP)

14、輸出數(shù)據(jù)和指令。）TMS測試模式選擇（輸入信號，用于控制測試訪問端口控制器的狀態(tài)）TRST# 測試復(fù)位（輸入信號，強(qiáng)置測試訪問端口控制器為初始狀態(tài)。）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號電源管理PME#，3.3Vaux 規(guī)范2.2版中添加的電源管理事件和3.3Vaux是可選的，能夠生成PME的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)此功能。時(shí)鐘控制CLKRUN# 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.3 PCI /ISA 橋的信號交互ISA 橋的負(fù)向譯碼（Subtractive Decode）概念兩種情形分析微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.3 PCI /ISA 橋的信號交互 ISA 橋的負(fù)向譯碼（Subtract

15、ive Decode） 當(dāng)PCI上的主設(shè)備尋址PCI目標(biāo)設(shè)備時(shí)，由PCI主設(shè)備發(fā)出尋址地址，PCI目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行譯碼，被選中的目標(biāo)設(shè)備令DEVSEL信號有效回應(yīng)主設(shè)備。這一過程叫做正向譯碼。 如果PCI主設(shè)備要尋址一個駐留在ISA總線上的設(shè)備時(shí)，主設(shè)備不知道是否有設(shè)備安裝在ISA擴(kuò)展槽上，也沒有途徑知道存儲器或I/O所用地址的范圍, 無法和該設(shè)備直接交互。在這種情況下，就引出了由PCI/ISA橋執(zhí)行負(fù)向譯碼的概念。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.3 PCI /ISA 橋的信號交互 ISA 橋的負(fù)向譯碼（續(xù)） 在一個PCI主設(shè)備啟動交易的時(shí)間周期內(nèi)，如果沒有其他PCI設(shè)備回應(yīng)，PCI/ISA橋令D

16、EVSEL有效并且將交易轉(zhuǎn)送到擴(kuò)展的ISA總線上。 主設(shè)備通過監(jiān)視其他PCI設(shè)備產(chǎn)生的DEVSEL信號狀態(tài)，來確定沒有其他PCI設(shè)備聲明交易。如果在一個地址段后的4個時(shí)鐘周期中都沒有采樣到有效的DEVSEL，那么說明沒有其他PCI設(shè)備被選中，擴(kuò)展總線橋可以通過交易的第五個和第六個時(shí)鐘周期使DEVSEL有效來回應(yīng)主設(shè)備。這一過程就稱作負(fù)向譯碼。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.3 PCI /ISA 橋的信號交互 兩種情形分析情形一：尋址設(shè)備在PCI / ISA橋中（正向譯碼）PCI/ISA控制器作為PCI總線上的一個設(shè)備，主設(shè)備可以直接訪問PCI/ISA控制器中的器件，例如實(shí)時(shí)時(shí)鐘，PCI/ISA

17、控制器能夠直接譯碼地址并聲明交易。此種情況屬于正向譯碼。情形二：尋址設(shè)備在ISA 總線上（負(fù)向譯碼）在地址段之后,PCI/ISA 橋通過檢測DEVSEL#信號確認(rèn)沒有PCI設(shè)備響應(yīng)（CLK3-5上升沿） ；PCI/ISA 橋令DEVSEL#有效（CLK5-6內(nèi)）；啟動 ISA 上的訪問（將低于16M存儲器地址，低于16K的I/O地址傳到ISA總線上）。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.4 PCI 總線操作 概述 典型PCI操作 PCI命令 幾種PCI交易分析微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.4 PCI 總線操作概述突（猝）發(fā)傳送突發(fā)傳送是一種包含一個地址段，跟著兩個或兩個以上數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)傳送方式。

18、啟動者、目標(biāo)和代理每個PCI傳送都有兩個參與者：起動方和目標(biāo)。起動方或總線主設(shè)備是起動傳送的設(shè)備。目標(biāo)是指起動方為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送目的而正在尋址的設(shè)備。通常，PCI起動方和目標(biāo)設(shè)備稱為與PCI兼容的代理（Agent）。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.4 PCI 總線操作概述（續(xù)）PCI 總線時(shí)鐘對于33MHz的總線，CLK信號的頻率從0MHz到33MHz。所有PCI設(shè)備必須支持從16到33MHz的操作，并支持直到0MHz的操作，節(jié)電狀態(tài)下停止時(shí)鐘運(yùn)行。地址段PCI交易從PCI CLK1周期內(nèi)的地址段開始。在地址段，主設(shè)備發(fā)出地址信號，PCI命令/字節(jié)使能以及FRAME#信號。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口C

19、H7.3.4 PCI 總線操作概述（續(xù)）聲明一次交易(換)當(dāng)PCI目標(biāo)確定自己被選中以后，通過有效DEVSEL#(設(shè)備選擇)聲明本次交易有效，如果主設(shè)備在一個預(yù)定的時(shí)間段（6CLK）沒有采樣到有效的DEVSEL#，就中止交易。數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段通常在一次交易的第二個PCI CLK開始，傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)由主設(shè)備驅(qū)動的命令/字節(jié)使能信號決定。每個數(shù)據(jù)段至少持續(xù)一個PCI時(shí)鐘周期，主設(shè)備和目標(biāo)都必須準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，否則數(shù)據(jù)段便要插入一個等待周期。PCI總線定義了準(zhǔn)備好信號線，主設(shè)備使用IRDY#而目標(biāo)使用TRDY#。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.4 PCI 總線操作概述（續(xù)）交換過程PCI交易，所有

20、的數(shù)據(jù)傳送都可以是突發(fā)傳送。主設(shè)備通過控制信號指出是否準(zhǔn)備好傳送當(dāng)前數(shù)據(jù)項(xiàng)，如果準(zhǔn)備好傳送，那么該數(shù)據(jù)項(xiàng)是否是最后的數(shù)據(jù)項(xiàng)。在地址段的開始，主設(shè)備令FRAME#信號有效并一直保持其有效狀態(tài)，直到主設(shè)備準(zhǔn)備好(有效IRDY#)完成最后一個數(shù)據(jù)段。當(dāng)目標(biāo)在數(shù)據(jù)段采樣到IRDY#信號有效和FRAME#信號無效時(shí)，就知道了這是最后一個數(shù)據(jù)段。此時(shí)，目標(biāo)也令TRDY#信號有效，數(shù)據(jù)段才能完成傳送。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.4 PCI 總線操作概述（續(xù)）傳送結(jié)束和總線空閑主設(shè)備通過無效FRAME#和有效IRDY#表明，突發(fā)傳送的最后一個數(shù)據(jù)傳送在進(jìn)行中，當(dāng)最后的數(shù)據(jù)傳送完成時(shí)，主設(shè)備通過無效其準(zhǔn)備好

21、信號IRDY#，將PCI總線返回空閑態(tài)。如果另一個總線主設(shè)備已經(jīng)被PCI總線仲裁器授權(quán)擁有總線，并正在等待當(dāng)前主設(shè)備放棄總線，它通過在PCI時(shí)鐘的同一個上升沿檢測無效的FRAME#和IRDY#，從而檢測到總線已經(jīng)返回空閑狀態(tài)。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.4 PCI 總線操作典型PCI操作微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH7.3.4 PCI 總線操作典型PCI操作主設(shè)備獲取總線權(quán)：在CLK1上升沿采樣到FRAME#和IRDY#無效(總線空閑)，并GNT#有效。主設(shè)備起動交易：在CLK1主設(shè)備使FRAME#信號有效，同時(shí)，驅(qū)動地址和命令到總線。地址段結(jié)束：在CLK2上升沿地址段結(jié)束，主設(shè)備開始關(guān)閉它的A

22、D總線驅(qū)動器，并發(fā)出字節(jié)使能C/BE#3:0。數(shù)據(jù)段：地址段后是一個或若干個數(shù)據(jù)段。數(shù)據(jù)交易在IRDY#和TRDY#都有效時(shí)進(jìn)行。最后一個數(shù)據(jù)段：FRAME#無效且IRDY#有效，表示最后一個數(shù)據(jù)段。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CH PCI命令PCI交易分為16種類型，與命令/字節(jié)使能信號C/BE#3:0的16種狀態(tài)相對應(yīng)。其中4種為保留狀態(tài)。在一個交易過程的地址段中，命令/字節(jié)使能信號C/BE#3:0表示正在進(jìn)行交易的類型或叫做命令類型。7.3.4 PCI 總線操作微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口CHPCI命令命令類型C/BE#3:0中斷響應(yīng)0000特殊周期0001I / O 讀0010I / O 寫0011存儲器讀0110存儲器寫0111配置讀1010配置寫1011存儲器多行讀1100雙總線周期1101存儲器行讀1110