PCIe的原理及體系架構(gòu)-學(xué)習(xí)筆記

1、文檔內(nèi)容大部分摘錄于PCIExpress系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)教材、PCIPCIX和PCIExpress的原理及體系架構(gòu)IO總線的三個(gè)階段:第一代并行ISA、EISA、MC、VESA.、總線名參數(shù)名、ISAEISAMCVESA數(shù)據(jù)寬度16bit32bit總線性能與EISA相當(dāng)32bit數(shù)據(jù)速率5MBps33MBps132MBps頻率33MHz推出日期198419891992備注微通道總線第一個(gè)局部總線共同特點(diǎn):信號(hào)的功能與時(shí)序與處理器引腳密切相關(guān),幾乎是微處理器信號(hào)的延伸和擴(kuò)展,有些信號(hào)還與主板上的硬件資源有關(guān)系.第二代并行PCI、AGP、PCI-X總線名參數(shù)名PCIAGPPCI-X1.02.02.

2、11.02.0數(shù)據(jù)寬度32bit64bit數(shù)據(jù)速率133MBps266MBps266/533MBps頻率33MHz66.6MHz66/133MHz266/533MHz推出日期19921993199519992002備注圖形端口PCI總線是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、與處理器無(wú)關(guān)的局部外圍總線，不受限于系統(tǒng)所使用的處理器的種類,通用性更強(qiáng).圖形端口，將PCI總線從圖形數(shù)據(jù)傳輸中解放出來(lái)，改善帶寬.第三代PCIExpress高性能IO串行總線總線名參數(shù)名PCI1.x2.0數(shù)據(jù)寬度1路2路4路8路12路16路32路數(shù)據(jù)速率0.5GBps1GBps2GBps4GBps6GBps8GBps16GBps頻率約2.5GHz

3、推出日期2002備注在總線結(jié)構(gòu)上采取了根本性的變革,主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是有并行總線變位串行總線;二是采用點(diǎn)到點(diǎn)的互連獨(dú)享帶寬.將原并行總線結(jié)構(gòu)中橋下面掛連設(shè)備的一條總線變成了一條鏈路,一條鏈路可包含一條或多條通路.沒(méi)有專用的數(shù)據(jù)、地址、控制和時(shí)鐘線,總線上各種事務(wù)組織成信息包來(lái)傳送地址空間、配置機(jī)制及軟件上均保持與傳統(tǒng)總線兼容第一代和第二代都是并行總線,有多條地址線、數(shù)據(jù)線和控制線,掛接多個(gè)設(shè)備,稱為下掛式總線（Multi-Drop）,總線帶寬由多個(gè)設(shè)備共享.通過(guò)提高數(shù)據(jù)寬度和頻率來(lái)改善帶寬的代價(jià)是掛接的電器負(fù)載減少（由于功耗增加和靜態(tài)定時(shí)減少）.與相比由于采用了頻率更高性能更好在地址和數(shù)

4、據(jù)的基礎(chǔ)上增加屬性從而可以高效管理緩沖區(qū);分離事務(wù)協(xié)議相對(duì)延遲事務(wù)協(xié)議來(lái)說(shuō),提高了總線利用效率;可不需要中斷引腳,改用消息信號(hào)中斷帶內(nèi)體系結(jié)構(gòu)中斷效率更高基于PCI總線的結(jié)構(gòu)最基本的PCI總線平臺(tái)包含三級(jí)總線:FSB（Front-SideBus）、PCI和ISA,FSB是處理器子系統(tǒng)的總線（Host總線），總線定義完全取決于系統(tǒng)所用的處理器;PCI局部總線是一個(gè)完全與處理器無(wú)關(guān)的總線，不受限微處理器的種類；ISA總線（IO擴(kuò)展總線），也有采用EISA或MC總線的不同的總線之間通過(guò)相應(yīng)的橋芯片來(lái)連接.平臺(tái)中兩極橋是必須的，一是Host到PCI的（常稱為主橋Host橋），即北橋;另一個(gè)是PCI總線

5、的橋（常稱為擴(kuò)展總線橋）,即南橋.FSBGFKEthernetSCSIIDECD凸軟盤鼠標(biāo)喇叭系統(tǒng)存?zhèn)蛐M（SDRAM）USB總線(33MHz)AGP2S擴(kuò)展糟C0M1COM2南橋珈忌線北橋(Intel440)Audio芯片OMudeiTi芯片處理器引導(dǎo)ROM打印杠4_HDDCache麥克耳機(jī)鍵盤最基本的基于PCI總線的平臺(tái)PCI地址空間映射CPU的內(nèi)存與獨(dú)立編址對(duì)應(yīng)寄存器內(nèi)存對(duì)應(yīng)因此訪問(wèn)空間用讀寫指令訪問(wèn)內(nèi)存空間用內(nèi)存讀寫指令讀寫一般用于低速傳輸一些狀態(tài)、控制寄存器的讀寫等。讀寫用于高速傳輸，支持突發(fā)傳輸，可以與主機(jī)實(shí)現(xiàn)的傳輸（在做為的時(shí)候）。對(duì)于單個(gè)的數(shù)據(jù)讀寫，與沒(méi)有什么區(qū)別只是命令不一樣而

6、已。也有些內(nèi)存與是一起編址的對(duì)于x86CPU的系統(tǒng)而言，存儲(chǔ)器地址空間最多可達(dá)4GB,IO地址空間為64KB，總線上的各個(gè)設(shè)備共享這些空間.PCI設(shè)備支持3種類型的地址空間，分別是存儲(chǔ)器、I0和配置空間.對(duì)于32位的PCI設(shè)備來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)器地址空間為4GB（232）,IO地址空間最多也可達(dá)4GB但x86CPU只支持64KB的IO地址空間，所以許多平臺(tái)將PCI的IO地址空間限制在64KB.配置地址空間是另一個(gè)概念，顧名思義:起到配置的作用它可以將PCI設(shè)備的存儲(chǔ)器地址空間和IO地址空間分別映射到系統(tǒng)存儲(chǔ)器地址空間和系統(tǒng)IO地址空間.配置地址空間理論上最大為16MB.計(jì)算方法:256（每系統(tǒng)256條

7、總線）X32（每條總線32臺(tái)設(shè)備）X8（每臺(tái)設(shè)備8個(gè)功能）X256（每功能用256個(gè)字節(jié)表示）.在系統(tǒng)IO地址空間中,Host橋（北橋）內(nèi)的IO寄存器固定占0CF8h-0CFFh地址;PCI-ISA橋和ISA設(shè)備內(nèi)IO寄存器的地址固定分布在0-1KB內(nèi);其余為PCIIO空間.CPU通過(guò)0CF8h-0CFFh上的地址和數(shù)據(jù)端口訪問(wèn)PCI配置地址空間，從而獲得PCI設(shè)備所申請(qǐng)的存儲(chǔ)器地址空間或者IO地址空間，并為它們?cè)谙到y(tǒng)中分配一片獨(dú)立的存儲(chǔ)器空間或IO空間,同時(shí)把起始地址寫入PCI配置中的基址寄存器.PCI設(shè)備支持的3種類型地址空間如下圖所示PCI功能配置寄存器文檔內(nèi)容大部分摘錄于PCIExpress系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)教材、PCIPCIX和PCIExpress的原理及體系架構(gòu)PCIe有效數(shù)據(jù)載荷傳輸速率計(jì)算物理層上TLP和DLLP的結(jié)構(gòu)（注:對(duì)于同一事務(wù)，上面兩個(gè)包是向相反方向傳輸?shù)囊簿褪钦f(shuō),DLLP包反饋檢驗(yàn)、流控制等類型信息確保TLP正確傳輸）TLP包在物理層被轉(zhuǎn)換成串行比特流以2.5Gbit/s（1.0版本）的速率傳輸，由于不發(fā)送時(shí)鐘采用8b/10b編碼,產(chǎn)生了20%的額外開(kāi)銷.