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PCI总线的组成结构

时间:12-15 来源:互联网 点击:
如上文所述,PCI总线作为处理器系统的局部总线,是处理器系统的一个组成部件,讲述PCI总线的组成结构不能离开处理器系统这个大环境。在一个处理器系统中,与PCI总线相关的模块如图1?1所示。


如图1?1所示在一个处理器系统中,与PCI总线相关的模块包括,HOST主桥、PCI总线、PCI桥和PCI设备。PCI总线由HOST主桥和PCI桥推出,HOST主桥与主存储器控制器在同一级总线上,PCI设备可以方便地通过HOST主桥访问主存储器,即进行DMA操作。

值得注意的是,PCI设备的DMA操作需要与处理器系统的Cache进行一致性操作,当PCI设备通过HOST主桥访问主存储器时,Cache一致性模块将进行地址监听,并根据监听的结果改变Cache的状态。

在一些简单的处理器系统中,可能不含有PCI桥,此时所有PCI设备都是连接在HOST主桥推出的PCI总线上,此外在一些处理器系统中可能含有多个HOST主桥,如在图1?1所示的处理器系统中含有HOST主桥x和HOST主桥Y。

1.1.1HOST主桥

HOST主桥是一个很特别的桥片,其主要功能是隔离处理器系统的存储器域与处理器系统的PCI总线域,管理PCI总线域,并完成处理器与PCI设备间的数据交换。处理器与PCI设备间的数据交换主要由“处理器访问PCI设备的地址空间”和“PCI设备使用DMA机制访问主存储器”这两部分组成。

为简便起见,下文将处理器系统的存储器域简称为存储器域,而将处理器系统的PCI总线域称为PCI总线域,存储器域和PCI总线域的详细介绍见第2.1节。值得注意的是,在一个处理器系统中,有几个HOST主桥,就有几个PCI总线域。

HOST主桥在处理器系统中的位置并不相同,如PowerPC处理器将HOST主桥与处理器集成在一个芯片中。而有些处理器不进行这种集成,如x86处理器使用南北桥结构,处理器内核在一个芯片中,而HOST主桥在北桥中。但是从处理器体系结构的角度上看,这些集成方式并不重要。

PCI设备通过HOST主桥访问主存储器时,需要与处理器的Cache进行一致性操作,因此在设计HOST主桥时需要重点考虑Cache一致性操作。在HOST主桥中,还含有许多数据缓冲,以支持PCI总线的预读机制。

HOST主桥是联系处理器与PCI设备的桥梁。在一个处理器系统中,每一个HOST主桥都管理了一颗PCI总线树,在同一颗PCI总线树上的所有PCI设备属于同一个PCI总线域。如图1?1所示,HOST主桥x之下的PCI设备属于PCI总线x域,而HOST主桥y之下的PCI设备属于PCI总线y域。在这颗总线树上的所有PCI设备的配置空间都由HOST主桥通过配置读写总线周期访问。

如果HOST主桥支持PCI V3.0规范的Peer-to-Peer数据传送方式,那么分属不同PCI总线域的PCI设备可以直接进行数据交换。如图1?1所示,如果HOST主桥y支持Peer-to-Peer数据传送方式,PCI设备y01可以直接访问PCI设备01或者PCI设备11,而不需要通过处理器的参与。但是这种跨越总线域的数据传送方式在PC架构中并不常用,在PC架构中,重点考虑的是PCI设备与主存储器之间的数据交换,而不是PCI设备之间的数据交换。此外在PC架构中,具有两个HOST主桥的处理器系统也并不多见。

在PowerPC处理器中,HOST主桥可以通过设置Inbound寄存器,使得分属于不同PCI总线域的设备可以直接通信。许多PowerPC处理器都具有多个HOST主桥,有关PowerPC处理器使用的HOST主桥详见第2.2节。

1.1.2PCI总线

在处理器系统中,含有PCI总线和PCI总线树这两个概念。这两个概念并不相同,在一颗PCI总线树中可能具有多条PCI总线,而具有血缘关系的PCI总线组成一颗PCI总线树。如在图1?1所示的处理器系统中,PCI总线x树具有两条PCI总线,分别为PCI总线x0和PCI总线x1。而PCI总线y树中仅有一条PCI总线。

PCI总线由HOST主桥或者PCI桥管理,用来连接各类设备,如声卡、网卡和IDE接口卡等。在一个处理器系统中,可以通过PCI桥扩展PCI总线,并形成具有血缘关系的多级PCI总线,从而形成PCI总线树型结构。在处理器系统中有几个HOST主桥,就有几颗这样的PCI总线树,而每一颗PCI总线树都与一个PCI总线域对应。

与HOST主桥直接连接的PCI总线通常被命名为PCI总线0。考虑到在一个处理器系统中可能有多个主桥,图1?1将HOST主桥x推出的PCI总线命名为x0总线,而将PCI桥x1扩展出的PCI总线称之为x1总线;而将HOST主桥y推出的PCI总线称为y0~yn。分属不同PCI总线树的设备,其使用的PCI总线地址空间分属于不同的PCI总线域空间。

1.1.3PCI设备

在PCI总线中有三类设备,PCI主设备、PCI从设备和桥设备。其中PCI从设备只能被动地接收来自HOST主桥,或者其他PCI设备的读写请求;而PCI主设备可以通过总线仲裁获

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