PCI-Express(中文)

1、基礎篇 2一、PCI標準的發(fā)展歷史2二、PCIExpress總線的提出3三、PCIExpress 技術優(yōu)勢 5四、PCIExpress 總線的前景 6系統(tǒng)架構篇 7一、總體系統(tǒng)架構 7二、PCI Express 的體系結構 10物理層( Physical Layer ) 102. 數(shù)據(jù)鏈路層( Link Layer ) 123. 處理層( Transaction Layer ) 134. 軟件層( Software Layer ) 15物理結構篇 15一、物理結構外觀 16二、臺式機 PCI Express 物理接口設計規(guī)范 18基礎篇隨著 Intel 800MHz FSB 芯片組 i875P

2、 的推出， Intel 同時也向世人顯示一個全新的總線技術 即將推出，那就是由 Intel 首先提出并開發(fā)的 3GIO 總線。后來這一技術提交 PCI-SIG （PCI 特殊興趣組織），由 PCI-SIG 改名為 PCI Express ，以標準的形式正式推出，目前的最新版本 為 v1.0 。本連載就要帶大家深入了解這一即將改變整個計算機系統(tǒng)結構、成為下一代總線標準 的總線技術。首先本文要向大家介紹的是一些基礎知識。一、 PCI 標準的發(fā)展歷史要了解 PCI Express 總線技術的提出原因，我們先來簡要回顧一下 PCI 總線的發(fā)展歷史目前應用的計算機內部總線技術為PCI ，即 Periph

3、eral Component Interconnect，中文名為外圍組件互連 ，它是由 Intel 于 1991 年提出的（與本文要介紹的 PCI-Express 總線 技術屬同一個公司開發(fā)的）。后來，PCI-SIG小組接替了 In tel的PCI規(guī)范的發(fā)展，在1993年 5 月發(fā)布了 PCI 2.0 。那時， PCI 的競爭對手是 VESA 本地總線（ VL-bus 或 VLB） ，它是由視 頻電子標準協(xié)會提出的 32bit 總線，在標準的 ISA 插槽之后提供附加的第三和第四接口，額定 頻率 33MHz ，并且能夠提供超過 ISA 。但是當時作為 486 處理器 /內存總線的直接擴展， V

4、ESA 是運行在與處理器相同的頻率上， 因此名為 本地總線 ，這種直接的擴展意味著如果連接的設備 過多，則很可能會干擾處理器自身的工作，特別是當信號通過一個插槽時。于是 VESA 標準中 建議在 33MHz 頻率上只使用 2 個插槽，或者在總線使用電子緩沖時使用 3 個。在更高的頻率 上不能連接 2 個以上的設備，而在 50MHz 時它們則必須都內建于主板內。由于 VESA 與處理器同步工作，因而隨著處理器頻率的提高， VESA 總線類型的外圍設備 工作頻率也得隨著提高， 但是外圍設備要求的速度越高， 其造價也就更高， 對外圍設備的生產(chǎn)成 本控制造成了極大的不利。 因此， VESA 只能工作在

5、 40MHz 以內的頻率上。 當時與 VESA 競爭 的 PCI 總線技術，相對 VESA 來說優(yōu)勢非常明顯，因為它是一種中間性的總線，獨立于 CPU， 但又與主內存相連。同時 PCI 總線能夠與處理器異步運行，額定頻率為 25MHz 、30MHz 和 33MHz 。當處理器的頻率增加時， PCI 總線頻率仍然能夠保持不變。 PCI 允許的最大插槽數(shù)或 外部設備數(shù)為 5 個或者更多，而且還不必考慮總線速度、緩沖或其它電器問題的限制。其它的特點則使得設備的使用更加簡便。 即插即用功能讓系統(tǒng)自動進行外圍設備的設置， 而 不必再手動設置IRQ跳腳、DMA和10地址。它還允許IRQ共享，有自己的中斷系

6、統(tǒng)。最后， PCI總線上的數(shù)據(jù)傳輸是不經(jīng)過 CPU，而直接處理，這樣降低了潛伏期和處理器的 使用率。PCI 總線的真正應用是隨著 Intel 的 Pentium 處理器的誕生而開始的，由于在當時與其競 爭對手 VESA 相比優(yōu)勢非常明顯，使其很快在 1994 年成為這場總線之爭的勝利者并統(tǒng)一了標 準，從此以后，幾乎所有的外圍設備，從硬盤控制器、聲卡到網(wǎng)卡和顯卡，都使用 PCI 插槽。、 PCI Express 總線的提出因為PCI Express總線技術的提出是基于現(xiàn)行PCI總線技術的諸多不足而開始的，所 以在此先分析研究一下現(xiàn)行 PCI 總線存在哪些不足之處。PCI 總線技術自上世紀 90

7、年代初期開始至今已為我們服務了 10 年有余。在這 10 多年中 它的發(fā)展步伐相對來說是緩慢的，總的來說 PC 總線是每 3 年性能提高一倍，從最初的 8 位 PC/XT、16 位的 ISA 總線、32 位的 EISA 和 MCA、VL 總線到 PCI、64 位 PCI-/66MHZ 、 PCI-X，而處理器卻通常是每個摩爾周期性能就要提高一倍（一個摩爾周期為 18個月）。正是 這種技術發(fā)展上的不同步，使得 PCI 總線慢慢成為了整個系統(tǒng)的瓶頸。雖然 PCI 總線技術至今仍是主流， 但實際上就其本質來說它早在幾年前就顯得力不從心了。 高性能的圖形芯片在 5 年前就第一個從 PCI 總線中分離出

8、來，形成單獨一種總線技術，那就是 AGP （圖形加速處理）。到了 1997年，PCI總線已經(jīng)成為了圖像數(shù)據(jù)傳輸最大的瓶頸，于是， 在In tel的440LX芯片組中，AGP（圖形加速接口）出現(xiàn)了，目的有兩個：提升顯卡的性能和將 圖像數(shù)據(jù)從 PCI 總線中獨立出來， PCI 被解放出來供其它設備使用。同時隨著 RAID 陣列，千兆以太網(wǎng)和其他高帶寬設備在消費級系統(tǒng)上的出現(xiàn)， PCI 133MB/s 的帶寬明顯不能滿足這些應用的需要了。 芯片組制造商們已經(jīng)預見到這種限制所帶來的問題， 并 且對主板芯片組作了一系列改進以減輕 PCI 總線的負擔。在舊式的芯片組，如 Intel 的 440 系 列中，

9、只使用一條 PCI 總線來連接北橋芯片和南橋芯片，這條 PCI 總線不僅要應對南北橋之間 的通信，還有普通的PCI設備、IDE、各種I/O （串口、并口、PS/2 ）和USB設備的通信。為 了改善這種情況， Intel 、 VIA 和 SiS 用新型的高速連接方式取代了南北橋之間的 PCI 總線，然 后讓IDE、各種I/O和USB分別使用專用連接方式連接到南橋芯片。如 In tel自800系列芯 片組開始采用 HubLink 連接技術， AMD 的芯片組之間采用 HyperTransfor 技術代替原來一直 采用的133MB/S PCI總線。VIA和SiS芯片組南北橋之間分別采用各自的 Via

10、-Link和MuTIOL 芯片連接技術。如圖 1 所示的就是目前的一種典型的主板芯片架構，從這個架構圖中我們可以 十分清楚地看出各種 I/O 子系統(tǒng)之間幾乎都采用不同的總線技術在連接。在90年代后期，在服務器和工作站中的高速磁盤和網(wǎng)絡適配器開始向66MHZ/64位的PCI總線轉移，于是又形成了 PCI-X新總線標準，不久PCI-X 2.0標準也出現(xiàn)了。接下來在系統(tǒng)內 部南、北橋芯片之間的總線技術也開始繞過PCI采用其它總線技術，在外設接口方面更是早已不再采用PCI總線，在芯片組南橋中都基本集成了 EIDE、USB和10/100MB/S 以太網(wǎng)接口。 所以，今天我們的計算機系統(tǒng)無論是在計算機內部

11、， 還是在外部，各自為政的總線技術混在一起， 統(tǒng)一總線標準和提高總線帶寬已是當務之急。并行PCI總線主要受到以下幾方面的性能限制：它的數(shù)據(jù)傳輸速度只有133MB/S，根本不能滿足現(xiàn)在復雜多媒體數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)男枨?。另外它不能隨著主頻的提高或者電壓的降低而靈活 調整傳輸速；它的同步時鐘數(shù)據(jù)傳輸受單一上升沿限制，而信號路由規(guī)則又受到經(jīng)濟的FR4技術（注：FR4是一種板材技術）的制約，接口引腳過多，不利于將來發(fā)展。所有這些限制都促 使建立一個更高帶寬、通用的I/O總線。今天，軟件應用越來越依靠硬件平臺，特別是I/O子系統(tǒng)。各種不同的音、視頻數(shù)據(jù)流應用在桌面和筆記本電腦來臺中應用已非常普遍，但是在目前來

12、說帶寬仍是制約其應用的主要因 素，仍未有一個完全的解決方案，無論是 PCI2.2，還是PCI-X。在服務器中，實時音、視頻應 用在服務器中也受到嚴重限制。許多通信應用和高級PC控制系統(tǒng)同樣需要實時的數(shù)據(jù)。今天的 桌面PC平臺中，都必須面對在同一時刻處理來自不同連接的并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶魬?zhàn)。盡管許多用戶對他們現(xiàn)有計算機系統(tǒng)在郵件收發(fā)、文檔處理、電子表格制作、更多的互聯(lián)網(wǎng)和商業(yè)應用等諸 方面都表示非常滿意，但隨著計算機應用領域的不斷擴大，仍然有許多當前和潛在的任務需要更 快的處理器、圖形處理、網(wǎng)絡和存儲子系統(tǒng)，而這些要求最終的結果就是在這些子系統(tǒng)之間需要 更快的連接。如我們的計算機正日益成為家庭數(shù)碼中

13、心，執(zhí)行許多復雜的內容制作和數(shù)據(jù)操作任 務，包括視頻編輯和編碼、圖像合成處理。高清晰度電視編碼、24位/96KHZ采樣頻率的多聲道單頻的捕獲和回放，和一些實時3D游戲。還有如真實聲音識別和同步、強大而又精確的生物 測定，和先進的加密技術。高端 PC和工作站將被用來處理更多科學計算和工程計算，高質量的 3D動畫影片制作和編譯，先進的金融體系，和許多其它復雜工程。正是基于 PCI 以上這些種種不足和計算機的應用需求， Intel 提出了替代 PCI 總線的新總線 技術-PCI Express 。在2001 年春節(jié)的 Intel 開發(fā)者大會上， Intel 展示在將用來替代 PCI 總 線和各種不同

14、內部芯片連接的第三代 I/O 總線技術，當時 Intel 稱之為 3GIO ，意為第三代 I/O標準。根據(jù)In tel的說明，這個3GI0技術落后標準將成為下一個10標準，它可工作于各 種不同的物理媒介上，從通用的銅線連接到光纖連接。三、PCI Express 技術優(yōu)勢PCI Express 之所以能迅速得到業(yè)界的承認， 并且被大家公認為下一代 10 年總線標準， 它 具有鮮明的技術優(yōu)勢，它可以全面解決 PCI 總線技術所面臨的種種問題。有專家預計， PCI Express的設計不只要取代PCI及AGP的插槽，同時也會是一些電腦內部系統(tǒng)連接接口，如處理器、繪圖、網(wǎng)絡及磁盤的 I/O 子系統(tǒng)芯片

15、間的連接。下面就來具體介紹這個新總線技術有哪 些關鍵技術優(yōu)勢：? 在兩個設備之間點對點串行互聯(lián)（兩個芯片之間使用接口連線；設備之間使用數(shù)據(jù)電纜；而 PCI Express 接口的擴展卡之間使用連接插槽進行連接） ；與 PCI 所有設備共享同一條總線資源不同， PCI Express 總線采用點對點技術，能夠為每 一塊設備分配獨享通道帶寬，不需要在設備之間共享資源，這樣充分保障了各設備的寬帶資源， 提高數(shù)據(jù)傳輸速率；? 雙通道，高帶寬，傳輸速度快在數(shù)據(jù)傳輸模式上， PCI Express 總線采用獨特的雙通道傳輸模式，類似于全雙工模式， 大大提高了數(shù)據(jù)與速度。 在傳輸速度上， 1.0 版本的 P

16、CI Express 將從每個信道單方向 2.5Gbps 的傳輸速率起步，而它在物理層上提供的132速可選信道帶寬特性更使其可以輕松實現(xiàn)近乎 ” 無限的擴展傳輸能力。? 靈活擴展性與 PCI 不同， PCI Express 總線能夠延伸到系統(tǒng)之外，采用專用線纜可將各種外設直接與 系統(tǒng)內的 PCI Express 總線連接在一起。這樣可以允許開發(fā)商生產(chǎn)出能夠與主系統(tǒng)脫離的高性 能的存儲控制器，不必再擔心由于改用 FireWire 或 USB 等其它接口技術而使存儲系統(tǒng)的性能 受到影響。? 低電源消耗，并有電源管理功能這主得益于 PCI Express 總線采用比 PCI 總線少得多的物理結構，如

17、單 x1 帶寬模式只需 4 線即可實現(xiàn)調整數(shù)據(jù)傳輸，實際上是每個通道只需 4 根線，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的信號線各一根， 另外各一根獨立的地線。當然實際上在單通道 PCI Express 總線接口插槽中并不是 4 針引腳， 而是 18 針，這 其余的 14 針都是通過 4 根芯線相互組合得到的。由于減少了數(shù)據(jù)傳輸芯線數(shù) 量，所以它的電源消耗也就大大降低了。? 支持設備熱撥插和熱交換PCI Express 總線接口插槽中含有 熱撥插檢測信號 ，所以可以像 USB、IEEE 1394 總線 那樣進行熱撥插和熱交換。? 支持 QoS 鏈接配置和公證策略? 支持同步數(shù)據(jù)傳輸PCI Express 總線設備可

18、以通過主機橋接器芯片進行基于主機的傳輸，也可以通過交換器 進行點對點傳輸；?具有數(shù)據(jù)包和層協(xié)議架構 它采用類似于網(wǎng)絡通信中的 OSI 分層模式，各層使用專門的協(xié)議架構，所以可以很方便地 在其它領域得到廣泛應用。? 每個物理鏈接含有多點虛擬通道類似于 InfiniBand ， PCI Express 總線技術在每一個物理通道中也支持多點虛擬通道，理 論上來講每一個單物理通道中可以允許有 8 條虛擬通道進行獨立通信控制，而且每個通信的數(shù) 據(jù)包都定義不同的 QoS 。正因如此，它與外設之間的連接就可以得到非常的數(shù)據(jù)傳輸速率。? 可保持端對端和鏈接級數(shù)據(jù)完整性這是得益于 PCI Express 總線的

19、分層架構，具體將在下篇介紹。? 具有錯誤處理和先進的錯誤報告功能這也是得益于 PCI Express 總線的分層架構，它具有軟件層，軟件層的主要功能就是進行 錯誤處理和提供錯誤報告，具體將在下篇介紹。? 使用小型連接，節(jié)約空間，減少串擾PCI Express技術不需要像PCI總線那樣在主板上布大量的數(shù)據(jù)線（PCI使用32或64條 平行線傳輸數(shù)據(jù)），與PCI相比，PCI Express總線的導線數(shù)量減少了將近 75%（ PCI Express 總線也會有好幾種版本的） ，速度會加快而且數(shù)據(jù)不需要同步。同時因為主板上走線少了，從而 可以使通過增加走線數(shù)量提升總線寬度的方法就更容易實現(xiàn)，同時各走線之

20、間的間隔就可以更 寬，減少了相互之間的串擾。? 在軟件層保持與 PCI 兼容跨平臺兼容是 PCI Express 總線非常重要的一個特點。目前被廣泛采用的 PCI 2.2 設備可 以在這一新標準提供的低帶寬模式下運行， 不會出現(xiàn)類似PCI插卡無法在ISA或者VLB插槽上 使用的問題，從而為廣大用戶提供了一個平滑的升級平臺。同時由 IBM 創(chuàng)導的 PCI-X 接口標準 在 PCI Express 標準中也得到了兼容，但要注意的是它不兼容目前的 AGP 接口。鑒于如此眾多的優(yōu)勢，大家都認為 PCI Express 將成為今后 10 年內的主要內部總線連接 標準，它不但將被用在臺式機、 筆記本電腦以

21、及服務器平臺上， 甚至會繼續(xù)延伸到網(wǎng)絡設備的內 部連接設計中。四、PCI Express總線的前景PCI-Express 體系結構符合第三代 I/O 總線的所有需求。 PCI-Express 的不同就在于點對 點的串行連接， 可以使用更少的數(shù)據(jù)線提供更高的連接速度。 它可以為任何帶寬需求的應用以每 幀 100MB/s 的速度進行傳輸。它的先進特征的自由縮放性能將及成為統(tǒng)一的 I/O 方案而全面 進入臺式機、筆記本電腦、服務器、通信、工作站的內置設備等領域。 PCI-Express 連接是執(zhí) 行多通道、點對點連接的，而多通道可以用來建立 I/O 之間的互聯(lián)，而使帶寬得到成倍地增加。 這種 I/O

22、 之間的互聯(lián)可以使系統(tǒng)之間的發(fā)割變得非常容易，其成本與當前工作 PCI 架構相當， 甚至更少。并且 PCI-Express 與現(xiàn)在的 PCI 軟件保持兼容， 這樣有利于在將來的系統(tǒng)中得到綜合。隨著 PCI-SIG 頒發(fā) PCI Express 1.0 以來，幾乎沒有誰會再懷疑 PCI Express 將是下一 代總線標準。不僅原有的 PCI 、AGP 總線擁戴者如此，就連許多各種不同的系統(tǒng)內部總線開發(fā) 者，如 AMD 、VIA 、SIS 、ATi 、nVIDIA 等都無不提出對 PCI Express 的支持，紛紛想把自己 的總線技術加入到 PCI Express 技術之中，尤其是 Intel

23、 的競爭對手 AMD 。由此看來， PCI Express 總線將一統(tǒng)天下的局面似乎沒有什么障礙，但實際上至少在目前為止還遠不是說這話 的時候， 特別是在服務器和工作站中， 因為在其中早已有像 Infiniband 和 PCI-X 總線技術得到 廣泛的應用。還有如 RapidIO 和 Intel 自己的超線程技術等。正如 PCI Express 工作小組 Arapahoe 所說的那樣，以上所說的這些解決方案面向的目標 與 PCI Express 總線不同。 RapidIO 和超線程技術是針對那些特殊的應用，而 PCI Express 則是為一般應用所設計的。 PCI Express 取代超線程

24、技術而作為處理器之間接口的可能性也幾 乎是不存在的，因為 PCI Express 缺乏高速緩存一致性協(xié)議，在同步時鐘周期內高于并行接口 的潛伏期也使它不適于此類應用。所以， AMD 和 nVidia 沒什么可害怕的， Intel 也不會用它來 取代 P4 總線，因為一個開放的 PCI Express 標準意味著 Intel 無法再為 P4 總線授權問題而起 訴其他第三方芯片組廠商。但是 PCI Express 仍有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，它在一般用途的定位使其在靈活性方面具有明 顯的優(yōu)勢，而且這確保了它有著廣闊的應用前景。由于有著許多改變，所以從 PCI 到 PCI Express 的轉變不會在一夜

25、之間完成。 ISA 插槽掙 扎了近 10 年才最后被 PCI 總線全面取代而消失，所以不要認為你的 PCI 設備已經(jīng)落伍了。PCI Express 底板 1.0a 規(guī)范和板卡電氣 1.0a 規(guī)范都已經(jīng)發(fā)布了，但我們要等到 2004 年 才能看到真正的 PCI Express 產(chǎn)品，在桌面機和服務器中全面采用 PCI Express 接口的設備更 不是近兩、三年可以出現(xiàn)的?；蛟S最開始是 nVidia 和 ATi 的顯卡產(chǎn)品以及基于 Grantsdale 芯 片組的 Intel 主板。在服務器終端市場， Intel 想要通過 Lindenhurst 和 Twin Castle 芯片組來 引進 PC

26、I Express 。由于各種新的因素和富有前途的性能表現(xiàn)， PCI Express 的未來看上去充 滿希望。系統(tǒng)架構篇在上一篇我們了解了 PCI Express 總線的產(chǎn)生和技術優(yōu)勢， 但要真正理解 PCI Express 總線技 術的優(yōu)越性還得從其結構本身說起，所以本篇就要全面介紹 PCI Express 總線的結構。一、總體系統(tǒng)架構在正式了解 PCI Express 串行鏈接物理和邏輯結構前， 先來看一下 PCI Express 系統(tǒng)架構 的方框圖。你可以看到 PCI Express 連接器已被移植到系統(tǒng)中的各個不同部分，為將來的高速設備提供連接點。PCI Express 的基本結構包括

27、根組件(Root Complex )、交換器(Switch )和各種終端 設備(Endpoint )。根組件可以集成在北橋芯片中，用于處理器和內存子系統(tǒng)與I/O設備之間的連接，而交換器的功能通常是以軟件形式提供的，它包括兩個或更多的邏輯PCI到PCI的連接橋(PCI-PCI Bridge )，以保持與現(xiàn)有PCI兼容。當然，像PCI Express-PCI的橋設備也可 能存在。在PCI Express 架構中的新設備是交換器(Switch)，它取代了現(xiàn)有架構中的I/O橋 接器，用來為I/O總線提供輸出端。交換器支持在不同終端設備間進行對等通信。下圖1就是PCI Express 1.0 的拓撲結構

28、圖。Ko*PCI| PCI亦血PCWCI-X為了便于與現(xiàn)行的PCI總線結構進行有效對比，現(xiàn)把兩種總線的桌面系統(tǒng)架構并列于下圖 2中。PCI SyvttmPd Ejcpr的弓 財訶在圖中現(xiàn)有的 PCI架構中，用于顯卡的接口為 AGP，而新的PCI Express 架構中以PCIExpress取代了，現(xiàn)有PCI架構I/O橋接器中的PCI/PCI-X 橋接器在PCI Express架構中全 部以Switch交換器取代，增加了一些PCI Express總線接口用于與終端設備連接，當然為了保持與現(xiàn)有PCI兼容，在第一版PCI Express架構中仍保留PCI接口。PCI Express 總線技術將全面應

29、用于桌面/移動和服務器系統(tǒng)中，但各自的體系結構不完 全相同，如圖3左圖所示的是桌面機和移動筆記本電腦中使用 PCI Express總線的系統(tǒng)架構, 而圖3右圖所示的是服務器和工作站中使用 PCI Express總線的系統(tǒng)架構。除此之外，在網(wǎng)絡 中同樣可以以使用PCI Express總線技術進行通信，結構圖如圖 4所示。圖3從圖3中的兩個應用架構比較可以看出，PCI Express 總線技術在服務器和工作站中的應 用更為徹底，在服務器/工作站中除了內存子系統(tǒng)與芯片組之間的通信外，其它都是采用PCIExpress總線來與芯片連接的，而在桌面機中在目前來說還主要是取代顯卡中的AGP總線和其它PCI板

30、卡，如網(wǎng)卡，至于硬盤和外設接口都仍是采用相應的總線接口直接與芯片組連接。L*nLm LinLi nLin*CaroCard cardCrdCard從圖中可以看出，PCI Express總線在網(wǎng)絡中的應用也是非常徹底的，除了內存子系統(tǒng)外,幾乎所有的外設及內置板卡都是直接或者間接通過PCI Express總線與芯片組連接的。綜上所述，目前來說PCI Express總線主要還是先從服務器、工作站和網(wǎng)絡設備得到徹底應用，在桌面機中主要以先取代 AGP和部分PCI接口開始。二、PCI Express的體系結構PCI Express體系結構采用分層設計，就像網(wǎng)絡通信中的七層OSI結構一樣，這樣利于跨平臺的

31、應用。PCI-Express體系結構如圖5所示。它共分為四層，從下到上分別為：物理層(PhysicalLayer )、數(shù)據(jù)鏈路層(Link Layer )、處理層(Transaction Layer )和軟件層(Software Layer)。圖中的“ S/W ”和“Config/OS ”均屬于軟件層。PCI Express的體系結構兼容于PCI地址結構模式，使得所有已有應用和驅動程序均不需 作任何修改即可應用到新總線系統(tǒng)中。PCI-Express配置使用標準的PCI即插即用規(guī)格標準。 下面對以上各層分別進行具體介紹。LinkPut* In Rwtf 啊on !TransacttonData

32、Link * Data LinkPhysical *PhysicalMechanical匸MechanicalFlatforh-圖10顯示了數(shù)據(jù)包在兩個設備中傳輸?shù)膶嶋H流程，高層數(shù)據(jù)包信息被壓縮在低層封裝包中，應 用級數(shù)據(jù)最終在數(shù)據(jù)包的核心位置。處理層在端到端的數(shù)據(jù)傳輸中使用 32位冗余校驗碼，在數(shù) 據(jù)鏈路層是使用16位校驗碼的。處理層數(shù)據(jù)包頭包括許多控制信息和端到端傳輸數(shù)據(jù)。PCI Express 處理層使用基于信任的流控制機制來確保接收設備有足夠的緩存資源用于接 受從發(fā)送端設備所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大小和類型。Packet FormationLink LayerPhysical Layer.Swni

33、Platforrr圖10講到數(shù)據(jù)處理，再來講一下PCI Express總線接口中新的結構，那就是虛擬通道(VirtualIan )。類似于InfiniBand ，PCI Express總線技術在每一個物理信道中也支持多點虛擬通道， 理論上來講每一個單物理信道中可以允許有8條虛擬通道信道進行獨立通信控制。每個通信的數(shù)據(jù)包都定義不同的QoS，如圖11所示。當數(shù)據(jù)包通過PCI Express組織傳輸時，在每個交 換器或者鏈接終端，數(shù)據(jù)包的基本傳輸信息和傳策略可以得到應用。傳輸信息在數(shù)據(jù)包包頭，它包括3位代碼，可以描述8個不同的傳輸信道。圖114. 軟件層(Software Layer )軟件層被稱為

34、最重要的部分，因為它是保持與PCI總線兼容的關鍵。其目的在于使系統(tǒng)在使用PCI Express啟動時，像在PCI下的初始化和運行那樣，無論是在系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的硬件設備， 還是在系統(tǒng)中的資源，如內存、I/O空間和中斷等，它可以創(chuàng)建非常優(yōu)化的系統(tǒng)環(huán)境，而不需要 進行任何改動。在PCI-Express體系結構中保持這些配置空間和I/O設備連接的規(guī)范穩(wěn)定是非 常關鍵的。事實上，在PCI-Express平臺中所有操作系統(tǒng)在引導時都不需要進行任何編輯，也 就是說在軟件方面完全可以實現(xiàn)從 PCI總線平穩(wěn)過渡。在軟件響應時間模式方面，PCI-Express體系結構支持PCI的本地存儲、共享內存模式，這樣所有PCI

35、軟件在PCI-Express體系中運行都不需任何改變。當然新的軟件可能包括新的特 性。物理結構篇在前兩篇中，我們對PCI Express總線技術的基礎知識及系統(tǒng)架構部分作了詳細的介紹，本篇 就要帶大家認識PCI Express總的物理結構，以及常見的 PCI Express 設備，見識一下PCIExpress 設備的廬山真面目。、物理結構外觀PCI-Express接口標準更少的信號線更加有利于I/O子系統(tǒng)的改進，并且使新的系統(tǒng)模塊更加方便加入。改進的設計包括以下幾個方面：PCI-Express接口是基于現(xiàn)有PCI結構的主板旁加一個PCI接口一半長的子接口；更高連接帶寬，如在一個物理卡中可以支持

36、到最多16條連接，將用新的連接器替代旁邊的PCI或者AGP連接器。這是早期工程師和技術人員所采用擴展 的方式，在PCI總線插槽終端添加一段專用地址， 以使同時可以支持PCI和CPI Express接口 的設備，就像EISA接口可以同時支持EISA和ISA卡一樣。如圖1所示。圖1但后來隨著多信道PCI Express總線技術的發(fā)展，在高帶寬模式下如果仍采用上述在PCI接口附加的方法顯然行不通，于是工程師們又設計出一種完全獨立于PCI總線的全新總線結構。下圖2所示的是x1和x16模式的插槽結構與現(xiàn)行PCI總線插槽結構的對比圖。因為它不同于PCI 結構，也不是在原有 PCI接口前、后附加端子，原來的

37、 PCI設備也就不能插在PCI Express 新接口中，所以在近期的主板上為了保持與原有總線系統(tǒng)結構相兼容，必須在主板上留有一定的PCI插槽。圖2圖3PCI Exprtu注魄砂1id如式CHKIEWtWt在服務器中因為這類PCI Express卡較多，所以通常采用專用集線板集中安裝這些板卡設備，如圖3所示。由此系統(tǒng)結構也可以看出，PCI Express總線將在服務器中得到更為廣泛的 應用。PCI-SIG日前宣布已完成PCI Express 技術新規(guī)格的制定工作，新規(guī)格PCI Express MiniCard是將PCI Express 技術面向移動平臺擴展而成。該規(guī)格有望成為目前實際應用于移動

38、終 端的Mini PCI規(guī)格的后續(xù)規(guī)格，它補充了PCI Express Card的要素，并有望應用于按照移動PCI-Express 標準除了將替代 AGP和PCI卡外，其它形式的產(chǎn)品也正在積極的發(fā)展之中。 PCIMCIA工業(yè)組織已經(jīng)宣布在PC接口卡下一步發(fā)展一種新規(guī)格的連接卡。新規(guī)格將把桌面機 和筆記本電腦的外置的接口標準進行統(tǒng)一。 在未來幾年的發(fā)展中，新卡標準的目標將朝著小型化 的方向發(fā)展，以滿足輕薄型筆記本和未來臺式機設計需求。新卡的下一步發(fā)展將結合體積更小， 在可靠性和易用性方面更強。新卡支持在筆記本電腦和臺式機共享設備之間熱撥插，類似于USB 設備可以共享一樣。新標準將是一個自由的開放

39、系統(tǒng)。終端的BTO （按單定制）及CTO （按單配制）商業(yè)模式生產(chǎn)的有線及無線外設。PCI Express Mini Card規(guī)格制定工作的完成，標志著業(yè)界在 PCI Express 技術開發(fā)領域取得了重大進展，該規(guī)格將使 PCI Express技術的價值擴展到移動市場領域。PCI Express技 術工作組負責人 Ajay Bhatt 表示：PCI Express Mini Card規(guī)格的發(fā)布，擴大了 PCI Express技術開發(fā)的應用空間，還可引發(fā)業(yè)界的興趣。該規(guī)格最初主要面向移動計算市場所需的外設，后 經(jīng)業(yè)界主要OEM和IHV（獨立硬件制造商）的努力完善而成。如圖4所示的是目前PCI-

40、SIG 組織已確定的有關PCI Express 總線接口、連接電纜和設 備外觀，以及其應用領域圖示。從圖中要吧清楚地看出各帶寬模式下的PCI Express總線接口插槽和連接電纜外觀。、臺式機PCI Express物理接口設計規(guī)范為了使大家對PCI Express插槽接接口物理結構有一個基本的了解，五面將列舉x1、x4、x8、x16幾種帶寬模式下的PCI Express插槽接接口物理結構中各針腳定義。x1模式下的插槽針腳下定義如下表1所示。表1 x1模式PCI Express總線接口插槽針腳定義針號B面A面 說明名稱說明名稱1+12v+12v電壓PRSNT1#熱撥插存在檢測2+12v+12v

41、電壓+12v+ 12v電壓3RSVD保留針腳 +12v+ 12v電壓4GND地GND地5SMCLK系統(tǒng)管理總線時鐘JTAG2測試時鐘、JTAG接口輸出時鐘6SMDAT系統(tǒng)管理總線數(shù)據(jù)JTAG3測試數(shù)據(jù)輸出7GND地JTAG4測試模式選擇8+3.3v+3.3.v 電壓 JTAG5測試模式選擇9JTAG1 測試復位， JTAG 接口復位時鐘+3.3v+3.3.v 電壓103.3vaux3.3v 輔助電源+3.3v+3.3.v 電壓11WAKE#鏈接激活信號PWRGD電源準備好信號12RSVD保留針腳GND地13GND地REFCLK+差分信號對的參考時鐘14HSOp(0)0 號信道發(fā)送差分傳輸信號對

42、 REFCLK-15HSOn(0)GND地16GND地HSlOp(0)0 號信道接收差分信號對17PRSNT2#熱撥插存在檢測HSln(0)18GND地GND地x4 帶寬模式下相對 x1 模式下附加的針腳定義如下表 2 所示。表 2 x1 模式附加針腳定義 針號 B 面 A 面名稱說明名稱說明19HSOp(1)1 號信道發(fā)送差分信號對GND地20HSOn(1)HSip(1)1 號信道接收差分信號對21GND地HSin(1)22GND地GND地23HSOp(2)2 號信道發(fā)送差分信號對GND地24HSOn(2)GND地25GND地HSip(2)2 號信道接收差分信號對26GND地HSin(2)27H