PCI總線的特點及系統(tǒng)結構

隨著現(xiàn)代電子技術、計算機技術的發(fā)展，各種總線應運而生。微型計算機的體系結構也發(fā)生了顯著變化，如CPU運行速度的提高，多處理器結構的出現(xiàn)，高速緩沖存儲器的廣泛應用等，都要求有高速的總線來傳輸數(shù)據(jù)，從而出現(xiàn)了多總線結構。在多總線結構中，PCI總線以其速度高、可靠性強、成本低及兼容性好等性能，在各種總線標準中占主導地位。

1　PCI總線的特點及系統(tǒng)結構

PCI總線是一種兼容性最強、功能最全的計算機總線。他可同時支持多組外圍設備，且不受制于處理器，為CPU及高速外圍設備提供高性能、高吞吐量、低延遲的數(shù)據(jù)通路。PCI支持5 V及3.3 V的通信環(huán)境，以反射波作為通信基礎。當入射信號從無終端方向反射回來之后，反射波經(jīng)過結構性干擾與入射波合成一體，完成電壓與電流的驅(qū)動任務，因此PCI又稱“非終端式傳輸總線”。概括起來，PCI總線有如下主要特點：

(1)在全部讀寫傳送中可實現(xiàn)突發(fā)傳送。

(2)并行總線操作。

(3)隱式仲裁。

(4)訪問速度快。

(5)軟件透明。

(6)自動配置。

PCI是一種高性能32/64 b地址數(shù)據(jù)復用總線，他在高度集成的外圍控制器件、外圍插件板和處理器/存儲器之間作為互連機構應用。PCI總線不僅可以應用到低檔至高檔的臺式系統(tǒng)上，而且也可應用在便攜式機及至服務器的范圍中。在一個PCI系統(tǒng)中，可做到高速外部設備和低速外部設備共享，PCI總線與ISA/EISA總線并存，其系統(tǒng)結構如圖1所示[1]。

2　PCI總線信號與命令

在一個PCI應用系統(tǒng)中，取得了總線控制權的設備稱為“主設備”，而被主設備選中以進行通信的設備稱為“從設備”或“目標設備”。相應的接口信號線，通常分為必備的和可選的2大類。若只作為目標設備，至少需要47條接口信號線，若作為主設備，則需要49條。利用這些信號線可處理數(shù)據(jù)、地址，實現(xiàn)接口控制、仲裁及系統(tǒng)功能。面向主設備與目標設備綜合考慮，并按功能分組將這些信號表示。

總線命令用來規(guī)定主、從設備之間的傳輸類型，他出現(xiàn)于地址期的C/BE[3∶0]#線上。當一個主設備獲得PCI總線的擁有權時，他可啟動表1[2]的任何一種交易類型。在一個交易的地址期C/BE[3∶0]#用于表明交易命令和類型。

3　PCI總線傳輸協(xié)議

PCI總線對協(xié)議、時序、負載、電氣特性及機械特性等技術指標均有嚴格的規(guī)定和要求。下面簡要介紹PCI總線的基本操作規(guī)則(或協(xié)議)[1]：

(1)基本的總線傳輸機制：一次突發(fā)傳輸包括一個地址期和一個或若干個數(shù)據(jù)期。

(2)除RST#，INTA#～INTD#之外的所有信號都是在時鐘的上升沿被采樣。

(3)PCI總線上數(shù)據(jù)傳輸基本上都由FRAME#，IRDY#和TRDY#三條信號線控制。

(4)當FRAME#和IRDY#都無效時，接口處于空閑狀態(tài)。FRAME#信號建立后的第一個時鐘前沿是地址期，在這個時鐘前沿上傳送地址和總線命令;下一個時鐘前沿開始一個或若干個數(shù)據(jù)期。IRDY#和TRDY#有效的時鐘前沿進行一次數(shù)據(jù)傳輸。

(5)無論是主設備還是目標設備，一旦承諾了數(shù)據(jù)傳輸，就要進行到本次傳輸完成。

(6)FRAME#撤銷而IRDY#建立，表示主設備準備好了最后一次數(shù)據(jù)傳輸，等到目標設備發(fā)出了TRDY#信號，就標志著最后一次傳輸?shù)耐瓿伞?/p>

4　PCI總線配置空間

PCI總線配置空間的目的是提供一個合適的配置設備的集合，使其滿足當前和未來系統(tǒng)配置特性的需要。配置空間是一個容量為256 B并具有特定記錄結構的地址空間。該空間分為頭標區(qū)和設備相關區(qū)2部分。一個設備的配置空間不僅在系統(tǒng)自舉時可以訪問，而是在其他任何時間內(nèi)也是可以訪問的。軟件必須使用I/O，通過進行內(nèi)存的存取來訪問設備配置空間[2]。

頭標區(qū)的各個字段用來惟一地識別設備，并使設備能以一般方法控制。頭標區(qū)有64 B，分為2部分：前16 B的定義對任意類型的設備都相同，剩下的48 B則隨各設備支持的功能有所不同，其結構如圖3所示[2]。

基于PCI總線的設備，都必須在頭標區(qū)內(nèi)提供制造商ID、設備ID、謬令和狀態(tài)。其他寄存器的設置則可根據(jù)設備的功能進行選擇(如做為保留寄存器)。

任何因設備而異的寄存器都不在這個頭標區(qū)，而必須安排在64～255所對應的地址空間。所有多字節(jié)的數(shù)據(jù)字段中某些為將來使用而保留地位，軟件必須小心正確地處理他們。在讀取時，軟件必須以適當?shù)钠帘蝸沓槿《x過的位，而進行寫操作時，軟件必須保證在保留位的值不發(fā)生變化。