PCI总线的特点及系统结构

随着现代电子技术、计算机技术的发展，各种总线应运而生。微型计算机的体系结构也发生了显著变化，如CPU运行速度的提高，多处理器结构的出现，高速缓冲存储器的广泛应用等，都要求有高速的总线来传输数据，从而出现了多总线结构。在多总线结构中，PCI总线以其速度高、可靠性强、成本低及兼容性好等性能，在各种总线标准中占主导地位。

1　PCI总线的特点及系统结构

PCI总线是一种兼容性最强、功能最全的计算机总线。他可同时支持多组外围设备，且不受制于处理器，为CPU及高速外围设备提供高性能、高吞吐量、低延迟的数据通路。PCI支持5 V及3.3 V的通信环境，以反射波作为通信基础。当入射信号从无终端方向反射回来之后，反射波经过结构性干扰与入射波合成一体，完成电压与电流的驱动任务，因此PCI又称“非终端式传输总线”。概括起来，PCI总线有如下主要特点：

(1)在全部读写传送中可实现突发传送。

(2)并行总线操作。

(3)隐式仲裁。

(4)访问速度快。

(5)软件透明。

(6)自动配置。

PCI是一种高性能32/64 b地址数据复用总线，他在高度集成的外围控制器件、外围插件板和处理器/存储器之间作为互连机构应用。PCI总线不仅可以应用到低档至高档的台式系统上，而且也可应用在便携式机及至服务器的范围中。在一个PCI系统中，可做到高速外部设备和低速外部设备共享，PCI总线与ISA/EISA总线并存，其系统结构如图1所示[1]。

2　PCI总线信号与命令

在一个PCI应用系统中，取得了总线控制权的设备称为“主设备”，而被主设备选中以进行通信的设备称为“从设备”或“目标设备”。相应的接口信号线，通常分为必备的和可选的2大类。若只作为目标设备，至少需要47条接口信号线，若作为主设备，则需要49条。利用这些信号线可处理数据、地址，实现接口控制、仲裁及系统功能。面向主设备与目标设备综合考虑，并按功能分组将这些信号表示。

总线命令用来规定主、从设备之间的传输类型，他出现于地址期的C/BE[3∶0]#线上。当一个主设备获得PCI总线的拥有权时，他可启动表1[2]的任何一种交易类型。在一个交易的地址期C/BE[3∶0]#用于表明交易命令和类型。

3　PCI总线传输协议

PCI总线对协议、时序、负载、电气特性及机械特性等技术指标均有严格的规定和要求。下面简要介绍PCI总线的基本操作规则(或协议)[1]：

(1)基本的总线传输机制：一次突发传输包括一个地址期和一个或若干个数据期。

(2)除RST#，INTA#～INTD#之外的所有信号都是在时钟的上升沿被采样。

(3)PCI总线上数据传输基本上都由FRAME#，IRDY#和TRDY#三条信号线控制。

(4)当FRAME#和IRDY#都无效时，接口处于空闲状态。FRAME#信号建立后的第一个时钟前沿是地址期，在这个时钟前沿上传送地址和总线命令;下一个时钟前沿开始一个或若干个数据期。IRDY#和TRDY#有效的时钟前沿进行一次数据传输。

(5)无论是主设备还是目标设备，一旦承诺了数据传输，就要进行到本次传输完成。

(6)FRAME#撤销而IRDY#建立，表示主设备准备好了最后一次数据传输，等到目标设备发出了TRDY#信号，就标志着最后一次传输的完成。

4　PCI总线配置空间

PCI总线配置空间的目的是提供一个合适的配置设备的集合，使其满足当前和未来系统配置特性的需要。配置空间是一个容量为256 B并具有特定记录结构的地址空间。该空间分为头标区和设备相关区2部分。一个设备的配置空间不仅在系统自举时可以访问，而是在其他任何时间内也是可以访问的。软件必须使用I/O，通过进行内存的存取来访问设备配置空间[2]。

头标区的各个字段用来惟一地识别设备，并使设备能以一般方法控制。头标区有64 B，分为2部分：前16 B的定义对任意类型的设备都相同，剩下的48 B则随各设备支持的功能有所不同，其结构如图3所示[2]。

基于PCI总线的设备，都必须在头标区内提供制造商ID、设备ID、谬令和状态。其他寄存器的设置则可根据设备的功能进行选择(如做为保留寄存器)。

任何因设备而异的寄存器都不在这个头标区，而必须安排在64～255所对应的地址空间。所有多字节的数据字段中某些为将来使用而保留地位，软件必须小心正确地处理他们。在读取时，软件必须以适当的屏蔽来抽取定义过的位，而进行写操作时，软件必须保证在保留位的值不发生变化。