微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口：CH7-2課件

7.3PCI總線PCI總線簡(jiǎn)介PCI總線信號(hào)PCI/ISA橋的信號(hào)交互PCI總線操作PCI總線仲裁PCI的配置7.3.1PCI總線簡(jiǎn)介PCI的提出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)7.3.1PCI總線簡(jiǎn)介

PCI的提出ISA的局限性Data—16bit；Address—24bit；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(shù)性強(qiáng)。EISA（ISA的32位擴(kuò)展）在性能上有所改善。VL總線（VESALocalBus） VideoElectronicStandardAssociation

解決CPU與顯卡之間快速數(shù)據(jù)傳輸。PCI（PeripheralComponentInterface）Intel,1992.6克服上述總線的不足，成為微機(jī)總線的主流。PCI系

統(tǒng)

結(jié)

構(gòu)

圖7.3.1PCI總線簡(jiǎn)介主要特點(diǎn)獨(dú)立于處理器支持約80個(gè)總線功能（設(shè)每個(gè)PCI設(shè)備是一個(gè)PCI的電氣負(fù)載，一個(gè)典型的PCI可以支持大約10個(gè)電氣負(fù)載，因此每個(gè)設(shè)備可以包含8個(gè)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(kuò)展總線同步工作。）7.3.1PCI總線簡(jiǎn)介主要特點(diǎn)（續(xù)）全面支持PCI總線主設(shè)備（允許同級(jí)PCI總線訪問(wèn)，允許通過(guò)PCI-PCI總線橋和擴(kuò)展總線橋訪問(wèn)主存儲(chǔ)器和擴(kuò)展總線上的設(shè)備。）隱式總線仲裁（在一個(gè)總線主設(shè)備正在PCI總線上進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行PCI總線仲裁。）在所有讀寫(xiě)操作中可實(shí)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(yàn)（具有在地址、命令、數(shù)據(jù)上進(jìn)行奇偶校驗(yàn)的功能。）7.3.2PCI總線信號(hào)PCI總線信號(hào)指PCI設(shè)備與PCI總線接口的信號(hào)。主設(shè)備比目標(biāo)設(shè)備信號(hào)多2個(gè)。

基本信號(hào) 可選信號(hào)

系統(tǒng)信號(hào) 64位擴(kuò)展信號(hào) 地址/數(shù)據(jù)和命令信號(hào) 時(shí)鐘控制CLKRUN# 接口控制信號(hào) 電源管理（in2.2） 仲裁信號(hào)（僅主設(shè)備） JTAG/邊界掃描 錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào) 中斷請(qǐng)求信號(hào)7.3.2PCI總線信號(hào)主設(shè)備信號(hào)7.3.2PCI總線信號(hào)目標(biāo)設(shè)備信號(hào)7.3.2PCI總線信號(hào)地址、數(shù)據(jù)和命令

AD[31：0]地址/數(shù)據(jù)時(shí)分復(fù)用總線C/BE#[3:0]命令或字節(jié)使能PAR奇偶校驗(yàn)信號(hào)PCI命令命令類型 C/BE#[3:0]中斷響應(yīng) 0000特殊周期 0001I/O讀 0010I/O寫(xiě) 0011存儲(chǔ)器讀 0110存儲(chǔ)器寫(xiě) 0111配置讀 1010配置寫(xiě) 1011存儲(chǔ)器多行讀 1100雙總線周期 1101 存儲(chǔ)器行讀 1110存儲(chǔ)器寫(xiě)和使無(wú)效 1111保留 0100，0101，1000，1001PCI字節(jié)使能C/BE#[3:0]映射BE3# 數(shù)據(jù)通道3，AD[31:24]和當(dāng)前尋址雙字第4個(gè)字節(jié)BE2# 數(shù)據(jù)通道2，AD[23:15]和當(dāng)前尋址雙字第3個(gè)字節(jié)BE1# 數(shù)據(jù)通道1，AD[15:8]和當(dāng)前尋址雙字第2個(gè)字節(jié)BE0# 數(shù)據(jù)通道0，AD[7:0]和當(dāng)前尋址雙字第1個(gè)字節(jié)7.3.2PCI總線信號(hào)接口控制信號(hào)（續(xù)）TRDY# 目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)（三態(tài)，表示目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好與主設(shè)備交換數(shù)據(jù)。寫(xiě)交易時(shí)，TRDY#有效表示目標(biāo)設(shè)備已準(zhǔn)備好接收主設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)；讀交易時(shí)，表示目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好向數(shù)據(jù)總線發(fā)送數(shù)據(jù)。用此信號(hào)通知主設(shè)備：目標(biāo)設(shè)備已準(zhǔn)備好。）STOP# 終止交易信號(hào)（三態(tài)，主設(shè)備為輸入信號(hào)，目標(biāo)設(shè)備輸出信號(hào)。當(dāng)目標(biāo)設(shè)備有效STOP#時(shí)，表明它希望主設(shè)備在進(jìn)程中停止交易。）LOCK# 鎖定信號(hào)（三態(tài)，主設(shè)備為雙向信號(hào)，目標(biāo)設(shè)備為輸入信號(hào)。在基本交易系列中(例如：在一個(gè)信號(hào)機(jī)讀/修改/寫(xiě)操作中)主設(shè)備用此信號(hào)鎖定當(dāng)前尋址的目標(biāo)。）7.3.2PCI總線信號(hào)接口控制信號(hào)（續(xù)）IDSEL初始化設(shè)備選擇信號(hào)（是PCI設(shè)備的一個(gè)輸入信號(hào)，在訪問(wèn)設(shè)備配置寄存器時(shí)用作片選擇信號(hào)。）DEVSEL# 設(shè)備選擇信號(hào)（主設(shè)備為輸入信號(hào)，目標(biāo)設(shè)備為輸出信號(hào)。當(dāng)目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行地址譯碼時(shí)，使設(shè)備選擇信號(hào)有效。可作為當(dāng)前主設(shè)備和擴(kuò)展總線橋中負(fù)向譯碼器的輸入信號(hào)。當(dāng)一個(gè)主設(shè)備起動(dòng)一次交易，并在6個(gè)CLK周期內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到DEVSEL#信號(hào)有效，主設(shè)備認(rèn)為目標(biāo)不能響應(yīng)或者訪問(wèn)地址不存在。因此，主設(shè)備終止當(dāng)前交易。）7.3.2PCI總線信號(hào)仲裁信號(hào)REQ# 總線請(qǐng)求信號(hào) GNT# 總線允許信號(hào) 每一個(gè)PCI主設(shè)備都有一對(duì)仲裁線直接連到PCI總線仲裁器上。7.3.2PCI總線信號(hào)錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)PERR# 校驗(yàn)錯(cuò)信號(hào)（三態(tài)，目標(biāo)設(shè)備為輸出，主設(shè)備為輸入和輸出。所有PCI設(shè)備都是強(qiáng)制產(chǎn)生作用在AD[31：0]、C/BE[3：0]總線上地址和數(shù)據(jù)信號(hào)的奇偶校驗(yàn)信息的。接收設(shè)備將檢查奇偶校驗(yàn)的合理性，如果PCI設(shè)備發(fā)現(xiàn)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，則置PERR#信號(hào)有效。）SERR# 系統(tǒng)錯(cuò)信號(hào)（輸出，該信號(hào)在同一時(shí)間內(nèi)可由多個(gè)PCI代理驅(qū)動(dòng)。在產(chǎn)生地址奇偶校驗(yàn)錯(cuò)、專用周期數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)及其他嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，PCI設(shè)備可以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)錯(cuò)誤信號(hào)SERR#，SERR#被看作向系統(tǒng)報(bào)告嚴(yán)重錯(cuò)誤的最后求助途徑。通常在SERR#置為有效時(shí)，引起NMI中斷。在發(fā)生非嚴(yán)重錯(cuò)誤或可糾正的錯(cuò)誤時(shí)不激活SERR#信號(hào)。該信號(hào)為漏極開(kāi)路信號(hào)，需要外接漏極電阻。）7.3.2PCI總線信號(hào)64位擴(kuò)展信號(hào)AD[63:32] 高4組數(shù)據(jù)通道選擇信號(hào)（三態(tài)，與AD[31:0]結(jié)合，可將數(shù)據(jù)總線的寬度擴(kuò)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(jìn)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(hào)（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(jìn)行64位尋址)。）REQ64# 64位傳送請(qǐng)求信號(hào)（三態(tài)，主設(shè)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(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。它的時(shí)序與FRAME#相同。）ACK64# 64位傳送確認(rèn)信號(hào)（三態(tài)，由目標(biāo)產(chǎn)生(如果它支持64位傳送)以響應(yīng)由主設(shè)備使能的REQ64#。它與DEVSEL#信號(hào)有相同的時(shí)序。）PAR64 高位雙字奇偶校驗(yàn)信號(hào)（三態(tài)，是與AD[63:32]和C/BE[7:4]相關(guān)的奇偶校驗(yàn)位。）7.3.2PCI總線信號(hào)JTAG/邊界掃描（用于測(cè)試PCI設(shè)備的內(nèi)部電路，對(duì)PCI設(shè)備進(jìn)行功能測(cè)試。）TCK 測(cè)試時(shí)鐘（輸入信號(hào)，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(jì)時(shí)設(shè)備。）TDI 測(cè)試輸入（輸入信號(hào)，(與TCK結(jié)合)在一串?dāng)?shù)據(jù)位流中，用于將數(shù)據(jù)和指令輸入測(cè)試訪問(wèn)端口(TAP)。 ）TDO 測(cè)試輸出（輸出信號(hào)，(與TCK結(jié)合)在一串?dāng)?shù)據(jù)位流中，用于從測(cè)試訪問(wèn)端口(TAP)輸出數(shù)據(jù)和指令。）TMS 測(cè)試模式選擇（輸入信號(hào)，用于控制測(cè)試訪問(wèn)端口控制器的狀態(tài)）TRST# 測(cè)試復(fù)位（輸入信號(hào)，強(qiáng)置測(cè)試訪問(wèn)端口控制器為初始狀態(tài)。）7.3.3PCI/ISA橋的信號(hào)交互ISA橋的負(fù)向譯碼（SubtractiveDecode）概念兩種情形分析7.3.3PCI/ISA橋的信號(hào)交互ISA橋的負(fù)向譯碼（SubtractiveDecode）當(dāng)PCI上的主設(shè)備尋址PCI目標(biāo)設(shè)備時(shí)，由PCI主設(shè)備發(fā)出尋址地址，PCI目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行譯碼，被選中的目標(biāo)設(shè)備令DEVSEL＃信號(hào)有效回應(yīng)主設(shè)備。這一過(guò)程叫做正向譯碼。如果PCI主設(shè)備要尋址一個(gè)駐留在ISA總線上的設(shè)備時(shí)，主設(shè)備不知道是否有設(shè)備安裝在ISA擴(kuò)展槽上，也沒(méi)有途徑知道存儲(chǔ)器或I/O所用地址的范圍,無(wú)法和該設(shè)備直接交互。在這種情況下，就引出了由PCI/ISA橋執(zhí)行負(fù)向譯碼的概念。7.3.3PCI/ISA橋的信號(hào)交互ISA橋的負(fù)向譯碼（續(xù)）在一個(gè)PCI主設(shè)備啟動(dòng)交易的時(shí)間周期內(nèi)，如果沒(méi)有其他PCI設(shè)備回應(yīng)，PCI/ISA橋令DEVSEL＃有效并且將交易轉(zhuǎn)送到擴(kuò)展的ISA總線上。主設(shè)備通過(guò)監(jiān)視其他PCI設(shè)備產(chǎn)生的DEVSEL＃信號(hào)狀態(tài)，來(lái)確定沒(méi)有其他PCI設(shè)備聲明交易。如果在一個(gè)地址段后的4個(gè)時(shí)鐘周期中都沒(méi)有采樣到有效的DEVSEL＃，那么說(shuō)明沒(méi)有其他PCI設(shè)備被選中，擴(kuò)展總線橋可以通過(guò)交易的第五個(gè)和第六個(gè)時(shí)鐘周期使DEVSEL＃有效來(lái)回應(yīng)主設(shè)備。這一過(guò)程就稱作負(fù)向譯碼。7.3.4PCI總線操作概述典型PCI操作PCI命令幾種PCI交易分析7.3.4PCI總線操作概述突（猝）發(fā)傳送

突發(fā)傳送是一種包含一個(gè)地址段，跟著兩個(gè)或兩個(gè)以上數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)傳送方式。啟動(dòng)者、目標(biāo)和代理 每個(gè)PCI傳送都有兩個(gè)參與者：起動(dòng)方和目標(biāo)。起動(dòng)方或總線主設(shè)備是起動(dòng)傳送的設(shè)備。目標(biāo)是指起動(dòng)方為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送目的而正在尋址的設(shè)備。通常，PCI起動(dòng)方和目標(biāo)設(shè)備稱為與PCI兼容的代理（Agent）。7.3.4PCI總線操作概述（續(xù)）PCI總線時(shí)鐘

對(duì)于33MHz的總線，CLK信號(hào)的頻率從0MHz到33MHz。所有PCI設(shè)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(shí)鐘運(yùn)行。地址段 PCI交易從PCICLK1周期內(nèi)的地址段開(kāi)始。在地址段，主設(shè)備發(fā)出地址信號(hào)，PCI命令/字節(jié)使能以及FRAME#信號(hào)。7.3.4PCI總線操作概述（續(xù)）聲明一次交易(換) 當(dāng)PCI目標(biāo)確定自己被選中以后，通過(guò)有效DEVSEL#(設(shè)備選擇)聲明本次交易有效，如果主設(shè)備在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間段（6CLK）沒(méi)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(gè)PCICLK開(kāi)始，傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)由主設(shè)備驅(qū)動(dòng)的命令/字節(jié)使能信號(hào)決定。每個(gè)數(shù)據(jù)段至少持續(xù)一個(gè)PCI時(shí)鐘周期，主設(shè)備和目標(biāo)都必須準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，否則數(shù)據(jù)段便要插入一個(gè)等待周期。PCI總線定義了準(zhǔn)備好信號(hào)線，主設(shè)備使用IRDY#而目標(biāo)使用TRDY#。7.3.4PCI總線操作概述（續(xù)）交換過(guò)程

PCI交易，所有的數(shù)據(jù)傳送都可以是突發(fā)傳送。主設(shè)備通過(guò)控制信號(hào)指出是否準(zhǔn)備好傳送當(dāng)前數(shù)據(jù)項(xiàng)，如果準(zhǔn)備好傳送，那么該數(shù)據(jù)項(xiàng)是否是最后的數(shù)據(jù)項(xiàng)。 在地址段的開(kāi)始，主設(shè)備令FRAME#信號(hào)有效并一直保持其有效狀態(tài)，直到主設(shè)備準(zhǔn)備好(有效IRDY#)完成最后一個(gè)數(shù)據(jù)段。當(dāng)目標(biāo)在數(shù)據(jù)段采樣到IRDY#信號(hào)有效和FRAME#信號(hào)無(wú)效時(shí)，就知道了這是最后一個(gè)數(shù)據(jù)段。此時(shí)，目標(biāo)也令TRDY#信號(hào)有效，數(shù)據(jù)段才能完成傳送。7.3.4PCI總線操作概述（續(xù)）傳送結(jié)束和總線空閑

主設(shè)備通過(guò)無(wú)效FRAME#和有效IRDY#表明，突發(fā)傳送的最后一個(gè)數(shù)據(jù)傳送在進(jìn)行中，當(dāng)最后的數(shù)據(jù)傳送完成時(shí)，主設(shè)備通過(guò)無(wú)效其準(zhǔn)備好信號(hào)IRDY#，將PCI總線返回空閑態(tài)。如果另一個(gè)總線主設(shè)備已經(jīng)被PCI總線仲裁器授權(quán)擁有總線，并正在等待當(dāng)前主設(shè)備放棄總線，它通過(guò)在PCI時(shí)鐘的同一個(gè)上升沿檢測(cè)無(wú)效的FRAME#和IRDY#，從而檢測(cè)到總線已經(jīng)返回空閑狀態(tài)。7.3.4PCI總線操作典型PCI操作7.3.4PCI總線操作典型PCI操作主設(shè)備獲取總線權(quán)：在CLK1上升沿采樣到FRAME#和IRDY#無(wú)效(總線空閑)，并GNT#有效。主設(shè)備起動(dòng)交易：在CLK1主設(shè)備使FRAME#信號(hào)有效，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)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(shè)備開(kāi)始關(guān)閉它的AD總線驅(qū)動(dòng)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(gè)或若干個(gè)數(shù)據(jù)段。數(shù)據(jù)交易在IRDY#和TRDY#都有效時(shí)進(jìn)行。最后一個(gè)數(shù)據(jù)段：FRAME#無(wú)效且IRDY#有效，表示最后一個(gè)數(shù)據(jù)段。PCI命令

PCI交易分為16種類型，與命令/字節(jié)使能信號(hào)C/BE#[3:0]的16種狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。其中4種為保留狀態(tài)。在一個(gè)交易過(guò)程的地址段中，命令/字節(jié)使能信號(hào)C/BE#[3:0]表示正在進(jìn)行交易的類型或叫做命令類型。7.3.4PCI總線操作PCI命令命令類型 C/BE#[3:0]中斷響應(yīng) 0000特殊周期 0001I/O讀 0010I/O寫(xiě) 0011存儲(chǔ)器讀 0110存儲(chǔ)器寫(xiě) 0111配置讀 1010配置寫(xiě) 1011存儲(chǔ)器多行讀 1100雙總線周期 1101 存儲(chǔ)器行讀 1110存儲(chǔ)器寫(xiě)和使無(wú)效 1111保留 0100，0101，1000，10017.3.4PCI總線操作幾種PCI交易PCI中斷響應(yīng)