破除“万能总线”的神话

分层架构，PCI Express能确保与未来产品的兼容性，并且在软件上兼容PCI。正是这些更高的性能、模块化硬件架构以及良好的兼容性，使得PCI Express能够满足许多新的应用。

PCI Express传递架构

PCI Express采用分层架构，如图2所示。从底层开始分别是物理层、数据层、事务处理层、软件层和OS层。

图2：PCI具有分层式架构

PCI Express在物理层引入了多通道概念用以增加系统带宽。基本物理层由一个双单工信道组成，其中一个用于发送而另一个用于接收，从而组成一个通道。每个PCI Express信道具有2.5GB/s的初始化速度，能在每个方向上提供约250MB/s的标称带宽，这与大多数典型的PCI设备相比提高了2到4倍。与PCI中所有设备共享总线带宽不同，这个带宽是提供给每个设备专用的。通过增加信号对形成多通道，可以线性调整PCI Express的链路带宽。物理层能提供x1、x2、x8、x12、x16和x32的通道带宽，从概念上讲，是将输入数据包平均分配到多个通道上。因此未来性能的增强、编码技术或媒体介质的改变将只影响物理层。

链路层保证数据包在PCI Express链路上的可靠传输。通过使用基于信用机制的流量控制协议，PCI Express可以确保只有在接收端缓存器具有可用的空间来接收时，才发送数据包，从而避免发生任何数据包重传以及因资源约束条件而造成的总线带宽的浪费。当信号遭到破坏时链路层将自动重传数据包。

事务处理层采用基于数据包协议。事务处理层接收来自软件层的读写请求，创建请求包并发送给链路层。所有请求均按照分离的事务来实现，一些请求数据包要求一个响应包。事务处理层也接收来自链路层的响应包，并与原始的软件请求进行匹配。每个包都有一个唯一的识别符，因此可以使响应包直接指向正确的始发点。

PCI Express的软件兼容性特别重要。其软件层仍保持兼容PCI的寻址模式，因此可以确保现有的设备和驱动程序不用修改仍能正常工作。PCI初始化模型在PCI Express架构中也不用修改，在上面运行的操作系统可以自动发现所有存在的附属硬件设备并配以系统资源，因此在采用PCI Express总线的机器上所有操作系统不用修改即可正常启动。PCI Express架构还保留了PCI使用的运行时间库软件模型，因此所有现有软件也无需任何修改即能正常运行。

由于可用带宽高、性价比好，又是基于获得广泛使用的PCI技术，目前，PCI Express已经得到了广泛的商用。由于能够满足视频卡和数据存储应用不断增长的带宽需求，PCI Express正在成为深受人们欢迎的技术。另外，象Intel和Dell等大公司的巨额投资也进一步加强了PCI Express的普及，使PCI Express的成本不断下降。另外，PCI Express的普及还受益于与上亿个现有PCI接口的软件兼容性。

随着PCI Express的商用化，工程师还有望将PCI Express用于测试与测量。PCI Express技术将被供应商用于测试与测量领域，因此工程师可以从测试仪器的性能改进中获益。随着PCI Express技术在PC市场中的普及，CompactPCI和PXI" target="_blank">PXI制造商已经开始将PCI Express集成到其规范中。虽然产品可能明年才能出来，但在PCI工业计算机制造小组(PICMG)的努力下，规范已接近完成。PCI Express的商用化和更高带宽将促进PCI Express在测试与测量领域中的普及。

CompactPCI和PXI不仅利用PCI Express，而且提供与Compact PCI Express和PXI Express的兼容性。在PCI Express软件兼容性的基础上，PXI提供的标准软件框架将支持PXI Express。为了提供硬件兼容性，新的CompactPCI Express规范定义了一种新的混合扩展槽，允许工程师在该槽中安装PCI或PCI Express架构的模块卡。利用这一技术，工程师和供应商就可以通过软硬件兼容性来保护对PXI系统和产品的已有投资。

未来的PCI Express。由于设计时考虑了未来的带宽需求，今后新一代PCI Express总线还具有进一步增加带宽的潜力。由于采用了分层架构，可以在规范中规定通过物理层配置来增加带宽。最初的第1代信令频率是每方向2.5GB/s。随着硅片技术的发展，这一参数有望提高至每方向10GB/s，达到铜线可以传输的最大极限速率。

高速视频采集就是采用PCI Express的应用案例之一。过去，工程师作选择时，必须面对较窄的带宽和数据传输可靠性较差的现实，或者使用非常昂贵的专用系统才能满足带宽需求。有了PCI Express提供的出众带宽，工程师不再需用上述专用系统就能以更高的精度采集高速视频，并完成实时事件的表述。例如，工程师现在可以使用NI的PCIe-1429图像采集卡以680MB/s的速率采集数据，而过去只