PCI总线是什么（PCI总线详解）

随着现代电子技术和计算机技术的发展，各种总线应运而生。微型计算机的体系结构也发生了显著的变化，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。这些都需要高速总线来传输数据，于是多总线结构应运而生。在多总线结构中，PCI总线因其速度快、可靠性强、成本低、兼容性好而在各种总线标准中占主导地位。

PCI总线的特点和体系结构PCI总线是兼容性最强、功能最全的计算机总线。可以同时支持多组外围设备，不受处理器限制，为CPU和高速外围设备提供高性能、高吞吐量、低延迟的数据路径。PCI支持5 V和3.3 V通信环境，以反射波为通信基础。当入射信号从无终端的方向反射时，反射波通过结构干涉与入射波结合，完成电压和电流的驱动任务，所以PCI也被称为“无终端传输总线”。综上所述，PCI总线有以下主要特点：

(1)在所有读写传输中都可以实现突发传输。

(2)并行总线操作。

(3)默示仲裁。

(4)快速访问。

(5)软件透明。

(6)自动配置。

PCI是一种高性能的32/64 B地址数据复用总线，用作高度集成的外围控制设备、外围板和处理器/存储器之间的互连机制。PCI总线不仅可以应用于低端到高端的桌面系统，也可以应用于便携式计算机和服务器。在PCI系统中，高速外部设备和低速外部设备可以共享，PCI总线和ISA/EISA总线共存。系统结构如图1所示。

2 PCI总线信号和命令在PCI应用系统中，获得总线控制权的设备称为“主设备”，而被主设备选择进行通信的设备称为“从设备”或“目标设备”。对应的接口信号线通常分为两类：必选和可选。仅目标设备需要至少47条接口信号线，主设备需要49条接口信号线。使用这些信号线，可以处理数据和地址，并且可以实现接口控制、仲裁和系统功能。主器件和目标器件综合考虑，这些信号用功能组来表示。

总线命令用于指定主机和从机之间的传输类型，它出现在地址周期的C/BE [3 0] #线上。当主设备获得PCI总线的所有权时，它可以启动表1 [2]中的任何事务类型。在事务的地址周期中，C/BE [3: 0] #用于指示事务的顺序和类型。

3 PCI总线传输协议PCI总线对协议、时序、负载、电气特性、机械特性等技术指标都有严格的规定和要求。下面简单介绍一下PCI总线的基本操作规则(或协议)[1]:

(1)基本总线传输机制：突发传输包括一个地址周期和一个或几个数据周期。

(2)除RST#、INTA # ~ INTD #外的所有信号都在时钟的上升沿采样。

(3)3)PCI总线上的数据传输基本上由FRAME# #、IRDY#、TRDY# #三条信号线控制。

(4)当FRAME# #和IRDY# #都无效时，接口空闲。FRAME# #信号建立后的第一个时钟前沿是地址周期，在此期间发送地址和总线命令；下一个时钟前沿开始一个或几个数据周期。IRDY# #和TRDY# #具有有效的数据传输时钟上升沿。

(5)不管是主设备还是目标设备，一旦承诺了数据传输，就要完成这次传输。

(6)6)FRAME # #的取消和IRDY# #的建立表示主设备准备好最后一次数据传输，当目标设备发出TRDY# #信号时，标志着最后一次传输完成。

4 PCI总线配置空间PCI总线配置空间的目的是提供一套合适的配置设备，以满足当前和未来系统配置特性的需要。配置空间是具有256 B容量和特定记录结构的地址空间。该空间分为两部分：标题区和设备相关区。设备的配置空间不仅可以在系统自举时访问，还可以在任何其他时间访问。软件必须使用I/O通过访问内存来访问设备配置空间[2]。

标题区中的每个字段用于唯一标识设备，并使设备能够以通用方式进行控制。头区有64个B，分为两部分：前16个B的定义对于任何类型的设备都是一样的，剩下的48个B随着每个设备支持的功能不同而不同，其结构如图3 [2]所示。

所有基于PCI总线的设备必须在标题区提供制造商ID、设备ID、paradox和状态。其他寄存器的设置可以根据器件的功能来选择(例如作为保留寄存器)。

任何设备专用寄存器都不在这个头区，必须安排在64 ~ 255对应的地址空间。所有多字节数据字段中的一部分保留供将来使用，软件必须小心正确地处理它们。读取时，软件必须用适当的掩码提取定义的位，而写入时，软件必须确保保留位的值不变。