微型計算機系統(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 的配置微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.1 PCI 總線簡介 PCI的提出 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 主要特點微型計算機系統(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；硬件配置技術性強。EISA（ISA的32位擴展） 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，成為微機總線的主流。微型計算機系統(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，微型計算機系統(tǒng)與接口CHPCI 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.1 PCI 總線簡介主要特點獨立于處理器支持約80個總線功能（設每個PCI設備是一個PCI的電氣負載，一個典型的PCI可以支持大約10個電氣負載，因此每個設備可以包含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、擴展總線同步工作。）微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.1 PCI 總線簡介主要特點（續(xù)）全面支持PCI總線主設備（允許同級PCI總線訪問，允許通過PCI-PCI總線橋和擴展總線橋訪問主存儲器和擴展總線上的設備。）隱

4、式總線仲裁（在一個總線主設備正在PCI總線上進行訪問時，可以同時進行PCI總線仲裁。）在所有讀寫操作中可實現(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（具有在地址、命令、數(shù)據(jù)上進行奇偶校驗的功能。）微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.1 PCI 總線簡介主要特點（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主設備49，目標設備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）微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號PCI總線信號指PCI設備與PCI總線接口的信號。主設備比目標設備信號多2個?；拘盘柨蛇x信號系統(tǒng)信號 64位擴展信號地址/數(shù)據(jù)和命令信號時鐘控制 CLKRUN#接口控制信號電源管理（in 2.2）仲裁信號（僅主設備） JTAG /邊界掃描錯誤報告信號中斷請求信號微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號主設備信號微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號目標設備信號微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號系統(tǒng)信號CLK 總線時鐘信號（輸入，PCI總線上的所有操作都是與PCI時鐘信號同步的，系統(tǒng)在CLK的

6、上升沿采樣PCI上設備的所有輸入信號。）RST# 復位信號（輸入，復位信號在有效狀態(tài)下，將所有的PCI配置寄存器、主設備和目標的狀態(tài)機，以及輸出驅(qū)動器置為初始狀態(tài)。）微型計算機系統(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)時分復用總線 C / BE# 3:0 命令或字節(jié)使能 PAR 奇偶校驗信號微型計算機系統(tǒng)與接口CHPCI命令命令類型C/BE#3:0中斷響應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微型計算機系統(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和當前尋址雙字第4個字節(jié) BE2#數(shù)據(jù)通道2，AD23:15和當前尋址雙字第3個字節(jié) BE1#數(shù)據(jù)通道1，AD15:8和當前尋址雙字第2個字節(jié) BE0#數(shù)據(jù)通道0，AD7:0和當前尋址雙字第1個字節(jié)微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號接口控制信號（交易過程主設備和目標設備的握手）FRAME#總線周期幀確認信號（三態(tài)，指示總線交易的開始 和交易的持續(xù)時間。當FRAME#、IRDY#無效而GNT#有效時，表示主設備獲得總線權。之后，主設

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

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

10、號。當目標設備進行地址譯碼時，使設備選擇信號有效?？勺鳛楫斍爸髟O備和擴展總線橋中負向譯碼器的輸入信號。當一個主設備起動一次交易，并在6個CLK周期內(nèi)沒有檢測到DEVSEL#信號有效，主設備認為目標不能響應或者訪問地址不存在。因此，主設備終止當前交易。）微型計算機系統(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主設備都有一對仲裁線直接連到PCI總線仲裁器上。微型計算機系統(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。微型計算機系統(tǒng)與接口

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

12、活SERR#信號。該信號為漏極開路信號，需要外接漏極電阻。）微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號64位擴展信號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 (除非正在進行64位尋址)。）REQ64#64位傳送請求信號（三態(tài)，主設備產(chǎn)生，表示希望使用高4組數(shù)據(jù)通道之一或更多來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。它的時序與FRAME#相同。）ACK64#64位傳送確認信號（三態(tài)，由目標產(chǎn)生

13、(如果它支持64位傳送)以響應由主設備使能的REQ64#。它與DEVSEL#信號有相同的時序。）PAR64高位雙字奇偶校驗信號（三態(tài)，是與AD63:32和C/BE7:4相關的奇偶校驗位。）微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.2 PCI 總線信號JTAG /邊界掃描（用于測試PCI設備的內(nèi)部電路，對PCI設備進行功能測試。）TCK測試時鐘（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)的計時設備。 ）TDI測試輸入（輸入信號，(與TCK結(jié)合)在一串數(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)在一串數(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# 測試復位（輸入信號，強置測試訪問端口控制器為初始狀態(tài)。）微型計算機系統(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的設備可實現(xiàn)此功能。時鐘控制CLKRUN# 微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.3 PCI /ISA 橋的信號交互ISA 橋的負向譯碼（Subtractive Decode）概念兩種情形分析微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.3 PCI /ISA 橋的信號交互 ISA 橋的負向譯碼（Subtract

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

16、EVSEL有效并且將交易轉(zhuǎn)送到擴展的ISA總線上。 主設備通過監(jiān)視其他PCI設備產(chǎn)生的DEVSEL信號狀態(tài)，來確定沒有其他PCI設備聲明交易。如果在一個地址段后的4個時鐘周期中都沒有采樣到有效的DEVSEL，那么說明沒有其他PCI設備被選中，擴展總線橋可以通過交易的第五個和第六個時鐘周期使DEVSEL有效來回應主設備。這一過程就稱作負向譯碼。微型計算機系統(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總線上的一個設備，主設備可以直接訪問PCI/ISA控制器中的器件，例如實時時鐘，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：尋址設備在ISA 總線上（負向譯碼）在地址段之后,PCI/ISA 橋通過檢測DEVSEL#信號確認沒有PCI設備響應（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）。微型計算機系統(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交易分析微型計算機系統(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、目標和代理每個PCI傳送都有兩個參與者：起動方和目標。起動方或總線主設備是起動傳送的設備。目標是指起動方為實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送目的而正在尋址的設備。通常，PCI起動方和目標設備稱為與PCI兼容的代理（Agent）。微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.4 PCI 總線操作概述（續(xù)）PCI 總線時鐘對于33MHz的總線，CLK信號的頻率從0MHz到33MHz。所有PCI設備必須支持從16到33MHz的操作，并支持直到0MHz的操作，節(jié)電狀態(tài)下停止時鐘運行。地址段PCI交易從PCI CLK1周期內(nèi)的地址段開始。在地址段，主設備發(fā)出地址信號，PCI命令/字節(jié)使能以及FRAME#信號。微型計算機系統(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PCI目標確定自己被選中以后，通過有效DEVSEL#(設備選擇)聲明本次交易有效，如果主設備在一個預定的時間段（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時鐘周期，主設備和目標都必須準備好進行數(shù)據(jù)傳送，否則數(shù)據(jù)段便要插入一個等待周期。PCI總線定義了準備好信號線，主設備使用IRDY#而目標使用TRDY#。微型計算機系統(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。主設備通過控制信號指出是否準備好傳送當前數(shù)據(jù)項，如果準備好傳送，那么該數(shù)據(jù)項是否是最后的數(shù)據(jù)項。在地址段的開始，主設備令FRAME#信號有效并一直保持其有效狀態(tài)，直到主設備準備好(有效IRDY#)完成最后一個數(shù)據(jù)段。當目標在數(shù)據(jù)段采樣到IRDY#信號有效和FRAME#信號無效時，就知道了這是最后一個數(shù)據(jù)段。此時，目標也令TRDY#信號有效，數(shù)據(jù)段才能完成傳送。微型計算機系統(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)傳送在進行中，當最后的數(shù)據(jù)傳送完成時，主設備通過無效其準備好

21、信號IRDY#，將PCI總線返回空閑態(tài)。如果另一個總線主設備已經(jīng)被PCI總線仲裁器授權擁有總線，并正在等待當前主設備放棄總線，它通過在PCI時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)。微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.4 PCI 總線操作典型PCI操作微型計算機系統(tǒng)與接口CH7.3.4 PCI 總線操作典型PCI操作主設備獲取總線權：在CLK1上升沿采樣到FRAME#和IRDY#無效(總線空閑)，并GNT#有效。主設備起動交易：在CLK1主設備使FRAME#信號有效，同時，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，主設備開始關閉它的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#都有效時進行。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。微型計算機系統(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。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表示正在進行交易的類型或叫做命令類型。7.3.4 PCI 總線操作微型計算機系統(tǒng)與接口CHPCI命令命令類型C/BE#3:0中斷響應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