第1章 PCI总线的基本知识

发布者:未来架构师最新更新时间:2015-08-11 来源: dzsc关键字:PCI总线  基本知识 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

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。但是PCI总线、系统总线和处理器体系结构之间依然存在着紧密的联系。

PCI总线作为系统总线的延伸,其设计考虑了许多与处理器相关的内容,如处理器的Cache共享一致性和数据完整性,以及如何与处理器进行数据交换等一系列内容。其中Cache共享一致性和数据完整性是现代处理器局部总线的设计的重点和难点,也是本书将重点讲述的主题之一。

独立地研究PCI总线并不可取,因为PCI总线仅是处理器系统的一个组成部分。深入理解PCI总线需要了解一些与处理器体系结构相关的知识。这些知识是本书所侧重描述的,同时也是PCI总线规范所忽略的内容。脱离实际的处理器系统,不容易也不可能深入理解PCI总线规范。

对于今天的读者来说,PCI总线提出的许多概念略显过时,也有许多不足之处。但是在当年,PCI总线与之前的存在其他并行局部总线如ISA、EISA和MCA总线相比,具有许多突出的优点,是一个全新的设计。

(1) PCI总线空间与处理器空间隔离

PCI设备具有独立的地址空间,即PCI总线地址空间,该空间与存储器地址空间通过HOST主桥隔离。处理器需要通过HOST主桥才能访问PCI设备,而PCI设备需要通过HOST主桥才能主存储器。在HOST主桥中含有许多缓冲,这些缓冲使得处理器总线与PCI总线工作在各自的时钟频率中,彼此互不干扰。HOST主桥的存在也使得PCI设备和处理器可以方便地共享主存储器资源。

处理器访问PCI设备时,必须通过HOST主桥进行地址转换;而PCI设备访问主存储器时,也需要通过HOST主桥进行地址转换。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。PCI设备使用的地址空间是属于PCI总线域的,而与存储器地址空间不同。

x86处理器对PCI总线域与存储器域的划分并不明晰,这也使得许多程序员并没有准确地区分PCI总线域地址空间与存储器域地址空间。而本书将反复强调存储器地址和PCI总线地址的区别,因为这是理解PCI体系结构的重要内容。

PCI规范并没有对HOST主桥的设计进行约束。每一个处理器厂商使用的HOST主桥,其设计都不尽相同。HOST主桥是联系PCI总线与处理器的核心部件,掌握HOST主桥的实现机制是深入理解PCI体系结构的前提。

本书将以Freescale的PowerPC处理器和Intel的x86处理器为例,说明各自HOST主桥的实现方式,值得注意的是本书涉及的PowerPC处理器仅针对Freescale的PowerPC处理器,而不包含IBM和AMCC的Power和PowerPC处理器。而且如果没有特别说明,本书中涉及的x86处理器特指Intel的处理器,而不是其他厂商的x86处理器。

(2) 可扩展性

PCI总线具有很强的扩展性。在PCI总线中,HOST主桥可以直接推出一条PCI总线,这条总线也是该HOST主桥的所管理的第一条PCI总线,该总线还可以通过PCI桥扩展出一系列PCI总线,并以HOST主桥为根节点,形成1颗PCI总线树。这些PCI总线都可以连接PCI设备,但是在1颗PCI总线树上,最多只能挂接256个PCI设备(包括PCI桥)。

在同一条PCI总线上的设备间可以直接通信,并不会影响其他PCI总线上设备间的数据通信。隶属于同一颗PCI总线树上的PCI设备,也可以直接通信,但是需要通过PCI桥进行数据转发。

PCI桥是PCI总线的一个重要组成部件,该部件的存在使得PCI总线极具扩展性。PCI桥也是有别于其他局部总线的一个重要部件。在“以HOST主桥为根节点”的PCI总线树中,每一个PCI桥下也可以连接一个PCI总线子树,PCI桥下的PCI总线仍然可以使用PCI桥继续进行总线扩展。

PCI桥可以管理这个PCI总线子树,PCI桥的配置空间含有一系列管理PCI总线子树的配置寄存器。在PCI桥的两端,分别连接了两条总线,分别是上游总线(Primary Bus)和下游总线(Secondary Bus)。其中与处理器距离较近的总线被称为上游总线,另一条被称为下游总线。这两条总线间的通信需要通过PCI桥进行。PCI桥中的许多概念被PCIe总线采纳,理解PCI桥也是理解PCIe体系结构的基础。

(3) 动态配置机制

PCI设备使用的地址可以根据需要由系统软件动态分配。PCI总线使用这种方式合理地解决了设备间的地址冲突,从而实现了“即插即用”功能。从而PCI总线不需要使用ISA或者EISA接口卡为解决地址冲突而使用的硬件跳线。

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。

(4) 总线带宽

PCI总线与之前的局部总线相比,极大提高了数据传送带宽,32位/33MHz的PCI总线可以提供132MB/s的峰值带宽,而64位/66MHz的PCI总线可以提供的峰值带宽为532MB/s。虽然PCI总线所能提供的峰值带宽远不能和PCIe总线相比,但是与之前的局部总线ISA、EISA和MCA总线相比,仍然具有较大的优势。

ISA总线的最高主频为8MHz,位宽为16,其峰值带宽为16MB/s;EISA总线的最高主频为8.33MHz,位宽为32,其峰值带宽为33MB/s;而MCA总线的最高主频为10MHz,最高位宽为32,其峰值带宽为40MB/s。PCI总线提供的峰值带宽远高于这些总线。

(5) 共享总线机制

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,在PCI总线上进行数据传送,并不需要处理器进行干预。

PCI总线仲裁器不在PCI总线规范定义的范围内,也不一定是HOST主桥和PCI桥的一部分。虽然绝大多数HOST主桥和PCI桥都包含PCI总线仲裁器,但是在某些处理器系统的设计中也可以使用独立的PCI总线仲裁器。如在PowerPC处理器的HOST主桥中含有PCI总线仲裁器,但是用户可以关闭这个总线仲裁器,而使用独立的PCI总线仲裁器。

PCI设备使用共享总线方式进行数据传递,在同一条总线上,所有PCI设备共享同一总线带宽,这将极大地影响PCI总线的利用率。这种机制显然不如PCIe总线采用的交换结构,但是在PCI总线盛行的年代,半导体的工艺、设计能力和制作成本决定了采用共享总线方式是当时的最优选择。

(6) 中断机制

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。与ISA总线上的设备不同,PCI总线上的设备可以共享这些中断请求信号,不同的PCI设备可以将这些中断请求信号“线与”后,与中断控制器的中断请求引脚连接。PCI设备的配置空间记录了该设备使用这四根中断请求信号的信息。

PCI总线进一步提出了MSI(Message Signal Interrupt)机制,该机制使用存储器写总线事务传递中断请求,并可以使用x86处理器FSB(Front Side Bus)总线提供的Interrupt Message总线事务,从而提高了PCI设备的中断请求效率。

虽然从现代总线技术的角度上看,PCI总线仍有许多不足之处,但也不能否认PCI总线已经获得了巨大的成功,不仅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和ARM[1]处理器也将PCI总线作为标准局部总线。除此之外,基于PCI总线的外部设备,如以太网控制器、声卡、硬盘控制器等,也已经成为主流。



[1] 在ARM处理器中,使用SoC平台总线,即AMBA总线,连接片内设备。但是某些ARM生产厂商,依然使用AMBA-to-PCI桥推出PCI总线,以连接PCI设备。

关键字:PCI总线  基本知识 引用地址:第1章 PCI总线的基本知识

上一篇:RS485总线究竟能挂接多少个设备?
下一篇:数据总线与字长、地址总线与寻址

推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 23:52

变压器(隔离变压器)基本知识
1.什么是变压器? 变压器是两个或多个绕组的静止设备,为了传输电能,在同一频率下,通过电磁感应将一个系统的交流电压和电流转换为另一个系统的电压和电流,通常这些值是不同。当电网提供的电压与负载设备额定输入电压不同时必须要加装变压器。 2.变压器的损耗与效率。 A、损耗是变压器自身消耗的电能,在充许的范围内越小越好。它包括带负载使用时的负载损耗和空载时的空载损耗。 B、负载损耗是将副边短接,在原边加上额定频率的低电压,当电流为额定值时的输入功率,其主要是铜损,所以与使用铜线的材质,截面积和绕组的製作工艺有直接关係。本公司所用台湾台一集团铜线,绕组结构合理,大大降低了铜损。 C、空载损耗是将原边开路,在副边加上额定频率的额定电
[电源管理]
PCI总线的信号定义
PCI总线是一条共享总线,在一条PCI总线上可以挂接多个PCI设备。这些PCI设备通过一系列信号与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。 PCI总线是一个同步总线,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。PCI总线可以使用33MHz或者66MHz的时钟频率,而PCI-X总线可以使用133MHz、266MHz或者533MHz的时钟频率。 除了RST#、INTA~D#、PME#和CLKRUN#等信号之外,PCI设备使用的绝大多数信号需要与CLK信号同步。其中RST#是复位信号,PCI设备使用INTA~D#信号进行中断请求。本篇并不关心PM
[嵌入式]
示波器基本知识及波形失真原因
Y 通道 :垂直通道
[测试测量]
示波器<font color='red'>基本知识</font>及波形失真原因
PCI9656型64位PCI总线接口电路及其应用
引言 PCI总线是目前应用最广泛、最流行的一种高速同步总线,具有32bit总线宽度,总线时钟频率为0~33MHz,最大传输速率可达132Mbyte/s,且可扩展为64位、66MHz主频。该总线的最大数据传输速率达528Mb/s,远远大于ISA总线5Mbyte/s的速度。PCI总线与CPU无关,与时钟频率也无关,因此可以应用于各种平台,支持多处理器和并发操作。 PCI总线协议比较复杂,因此它的接口电路实现起来也比较困难。它不但有严格的同步时序要求,而且这了实现即插用和自动配置,PCI接口还要有许多的配置寄存器。对于一般的设计者来说,为了缩短开发周期,没有必要设计所有的接口逻辑,只要利用通用PCI接口电路就能很好的进行开发设计,从而
[嵌入式]
基于PCI总线的电视图像处理仿真系统设计
0 引言 随着电视图像处理系统性能的提高,设计人员需要不断采纳新的数字图像处理算法,如何对这些新算法进行评估,如何将理论设计转化成工程应用成为设计人员关心的首要问题。 实现电视图像信号处理需要设计一套复杂的电路系统,且硬件电路的设计应综合考虑高速DSP芯片的开发、超大规模集成电路设计、视频转换、接口等复杂电路。设计印刷电路板和调试将占用设计人员较多的工作时间,较长的研制周期和较高的研制经费均不利于图像处理新思路、新算法向工程应用的转化。仿真系统能较大程度降低硬件电路设计的复杂性,缩短研制周期,有利于科研设计人员集中精力对新算法进行评估和测试。 能否实时采集和实时处理电视图像信号是设计仿真系统的关键问题。鉴于微型计
[模拟电子]
CPCI总线技术在加固计算机的开发平台中的应用
  O 引言   目前,CPCI技术已广泛且成功地应用到了许多行业,相关的产品大量涌现,到目前为止,无论是生产厂家的数量、产品的种类和数量,还是系统应用的数量都得到了大幅度增长,越来越多的项目转向CPCI解决方案。          基于以上考虑,我们选用 CPCI总线技术及相关产品作为加固计算机的开发平台。   1 关于CPCI   1.1 CPCI的含义   CPCI的全称为Compact PCI(Compact Peripheral Component Interconnect),中文又称紧凑型PCI,是国际工业计算机制造者联合会(PCI Industrial Computer Manufecmrers
[嵌入式]
伺服电动机基本知识讲解
伺服电动机又叫执行电动机,或叫控制电动机。在自动控制系统中,伺服电动机是一个执行元件,它的作用是把信号(控制电压或相位)变换成机械位移,也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移。其容量一般在0.1-100W,常用的是30W以下。伺服电动机有直流和交流之分。 一、交流伺服电动机 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似,如图1所示。其定子上装有两个位置互差90°的绕组,一个是励磁绕组Rf,它始终接在交流电压Uf上;另一个是控制绕组L,联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性,无“自转”现象和快速响应
[嵌入式]
基于FPGA的PCI总线接口设计
摘 要:PCI是一种高性能的局部总线规范,可实现各种功能标准的PCI总线卡。本文简要介绍了PCI总线的特点、信号与命令,提出了一种利用高速FPGA实现PCI总线接口的设计方案。 关键词:PCI总线;信号;命令;协议 ---在现代数据采集及处理系统中,ISA、EISA、MCA等扩展总线已无法适应高速数据传输的要求,而PCI局部总线以其优异性价比和适应性成为大多数系统的主流总线。 PCI总线特点 ---PCI总线宽度32位,可升级到64位;最高工作频率33MHz,支持猝发工作方式,使传输速度更高;低随机访问延迟(对从总线上的主控寄存器到从属寄存器的写访问延迟为60ns);处理器/内存子系统能力完全一致;隐含的中央仲裁器;多路复
[半导体设计/制造]
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved