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。

第1章 PCI总线的基本知识的更多相关文章

  1. 第3章 PCI总线的数据交换

    PCI Agent设备之间,以及HOST处理器和PCI Agent设备之间可以使用存储器读写和I/O读写等总线事务进行数据传送.在大多数情况下,PCI桥不直接与PCI设备或者HOST主桥进行数据交换, ...

  2. 第2章 PCI总线的桥与配置

    在PCI体系结构中,含有两类桥片,一个是HOST主桥,另一个是PCI桥.在每一个PCI设备中(包括PCI桥)都含有一个配置空间.这个配置空间由HOST主桥管理,而PCI桥可以转发来自HOST主桥的配置 ...

  3. 012 PCIe总线的基础知识

    一.PCIe总线的基础知识 与PCI总线不同,PCIe总线使用端到端的连接方式,在一条PCIe链路的两端只能各连接一个设备,这两个设备互为是数据发送端和数据接收端.PCIe总线除了总线链路外,还具有多 ...

  4. 007 PCI总线的桥与配置(二)

    一.PCI桥与PCI设备的配置空间 PCI设备都有独立的配置空间,HOST主桥通过配置读写总线事务访问这段空间.PCI总线规定了三种类型的PCI配置空间,分别是PCI Agent设备使用的配置空间,P ...

  5. 006 PCI总线的桥与配置(一)

    在PCI体系结构中,含有两类桥片,一个是HOST主桥,另一个是PCI桥.在每一个PCI设备中(包括PCI桥)都含有一个配置空间.这个配置空间由HOST主桥管理,而PCI桥可以转发来自HOST主桥的配置 ...

  6. 《Linux Device Drivers》第十二章 PCI司机——note

    一个简短的引论 它给这一章总线架构的高级概述 集中访问讨论Peripheral Component Interconnect(PCI,外围组件互连)外设内核函数 PCI公交车是最好的支持的内核总线 本 ...

  7. PCI 总线学习笔记

    转载请注明出处:http://blog.csdn.net/lg2lh/article/details/8042008 PCI的基本协议这里就不介绍了,由于一般的芯片协议都是集成好的,我仅仅须要大体了解 ...

  8. 1.3 PCI总线的存储器读写总线事务

    总线的基本任务是实现数据传送,将一组数据从一个设备传送到另一个设备,当然总线也可以将一个设备的数据广播到多个设备.在处理器系统中,这些数据传送都要依赖一定的规则,PCI总线并不例外. PCI总线使用单 ...

  9. 1.2 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 ...

随机推荐

  1. Eclipse 配置运行Spark

    本文主要记录Spark 在 Eclipse中报 找不到主类的问题.在新建Spark工程,然后add external jars 选择 spark-assembly-1.4.0-hadoop2.6.0. ...

  2. 【php】phpExcel使用教程,如何导出excel表格

    [1]下载phpExcel类文件 可在官方去下载 我们只需要classes中的文件,把Classes文件复制到项目中 只需要2个文件就可以了  一个就是phpExcel(刚才我们复制过来的文件 Cla ...

  3. java中的二叉树排序问题

    原创:转载请注明出处 目的:想用java实现二叉树排序算法 思想:利用java中面向对象的思想,即: Tree:类 树根Tree:root //static所属于每一个Tree 左节点Tree:lef ...

  4. Java基础教程1:环境配置及第一个HelloWorld.java

    本文主要介绍JDK环境配置.Sublime Text3配置及第一个HelloWorld.Java程序.运行环境为Win10系统,使用JDK1.8版本. 1. JDK下载及环境配置 1.1 JDK下载 ...

  5. pip相关工具使用小结

    最近写taffy的时候用到了两个pip相关的小工具. 一个是pip-review批量更新lib库,一个是pipreqs生成基于项目的requirements.txt. 1. pip相关命令 #更新单个 ...

  6. NoSuchBeanDefinitionException: No qualifying bean of type 'org.springframework.web.servlet.view.InternalResourceViewResolver' available

    问题描述: 项目中需要配置多个视图解析器,所以使用ContentNegotiatingViewResolver来处理,在其内部设置了FreeMarkerViewResolver .InternalRe ...

  7. 一次saltstack环境变量的坑

    现场环境: salt-minion端: ip:10.0.3.149     环境:使用 nvm装的nodejs    受用nodejs自带的npm 安装pm2 sal-master端: IP:10.0 ...

  8. 洛谷 [P4011] 孤岛营救问题

    状压+BFS 通过观察数据范围可知,我们应该状压钥匙种类,直接BFS即可 注意,一个点处可能不知有一把钥匙 #include <iostream> #include <cstdio& ...

  9. BZOJ 4318: OSU! [DP 概率]

    传送门 题意:变成了告诉每个操作的成功概率,并且得分是三次方 一样....分别维护$x,\ x^2,\ x^3$的期望就行了 注意$x^3$是我们最终求的得分,即使失败得分也要累加上之前的 #incl ...

  10. ZOJ1450 BZOJ1136 BZOJ1137 HDU3932[最小圆覆盖]

    Minimal Circle Time Limit: 5 Seconds      Memory Limit: 32768 KB You are to write a program to find ...