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        PCI總線概述

        作者: 時間:2016-12-12 來源:網絡 收藏
        各種PCI總線產品
        經過幾年的發展,PCI總線以其優越的電性能獲得了業界的一致認可。同時利用PCI總線的電性能,結合不同的機械結構,產生了各種各樣的總線。在此做一簡要介紹:
        CPCI總線:將PCI總線與歐規卡的機械結構相結合,具有抗振性能好、高可用性等優點,而且可以支持熱插拔(Hot Swap)、后走線(Rear IO),目前在電信、軍工、交通等領域正在得到廣泛的應用。
        PXI總線:在CPCI基礎上加入同步時鐘、觸發等量測專用總線,在測量、控制領域正得到越來越多的應用。
        PC104 Plus總線:將PCI總線與PC104板的機械結構相結合,具有效率高、維護量少、體積小型等特點,在各種嵌入式應用中很受歡迎。
        另外還有筆記本電腦常用的PCMCIA總線、電信行業中最近配合CPCI使用的PMC等等,電特性都是PCI總線。
        從1992年創立規范到如今,PCI總線已成為了事實上計算機的標準總線。由PCI總線構成的標準系統結構如圖一所示。

        PCI總線漸漸地取代了ISA總線。它有許多優點,比如即插即用(Plug and Play)、中斷共享等。在這里我們對PCI總線做一個深入的介紹。
        從數據寬度上看,PCI總線有32bit、64bit之分;從總線速度上分,有33MHz、66MHz兩種。目前流行的是32bit @ 33MHz,而64bit系統正在普及中。改良的PCI系統,PCI-X,最高可以達到64bit @ 133MHz,這樣就可以得到超過1GB/s的數據傳輸速率。如果沒有特殊說明,以下的討論以32bit @ 33MHz為例。
        一、基本概念
        不同于ISA總線,PCI總線的地址總線與數據總線是分時復用的。這樣做的好處是,一方面可以節省接插件的管腳數,另一方面便于實現突發數據傳輸。在做數據傳輸時,由一個PCI設備做發起者(主控,Initiator或Master),而另一個PCI設備做目標(從設備,Target或Slave)。總線上的所有時序的產生與控制,都由Master來發起。PCI總線在同一時刻只能供一對設備完成傳輸,這就要求有一個仲裁機構(Arbiter),來決定在誰有權力拿到總線的主控權。
        32bit PCI系統的管腳按功能來分有以下幾類:
        系統控制: CLK,PCI時鐘,上升沿有效
        RST ,Reset信號
        傳輸控制: FRAME#,標志傳輸開始與結束
        IRDY#,Master可以傳輸數據的標志
        DEVSEL#,當Slave發現自己被尋址時置低應答
        TRDY#,Slave可以轉輸數據的標志
        STOP#,Slave主動結束傳輸數據的信號
        IDSEL,在即插即用系統啟動時用于選中板卡的信號
        地址與數據總線: AD[31::0],地址/數據分時復用總線
        C/BE#[3::0],命今/字節使能信號
        PAR,奇偶校驗信號
        仲裁號: REQ#,Master用來請求總線使用權的信號
        GNT#,Arbiter允許Master得到總線使用權的信號
        錯誤報告: PERR#,數據奇偶校驗錯
        SERR#,系統奇偶校驗錯

        當PCI總線進行操作時,發起者(Master)先置REQ#,當得到仲裁器(Arbiter)的許可時(GNT#),會將FRAME#置低,并在AD總線上放置Slave地址,同時C/BE#放置命令信號,說明接下來的傳輸類型。所有PCI總線上設備都需對此地址譯碼,被選中的設備要置DEVSEL#以聲明自己被選中。然后當IRDY#與TRDY#都置低時,可以傳輸數據。當Master數據傳輸結束前,將FRAME#置高以標明只剩最后一組數據要傳輸,并在傳完數據后放開IRDY#以釋放總線控制權。
        這里我們可以看出,PCI總線的傳輸是很高效的,發出一組地址后,理想狀態下可以連續發數據,峰值速率為132MB/s。實際上,目前流行的33M@32bit北橋芯片一般可以做到100MB/s的連續傳輸。
        二、即插即用的實現
        所謂即插即用,是指當板卡插入系統時,系統會自動對板卡所需資源進行分配,如基地址、中斷號等,并自動尋找相應的驅動程序。而不象舊的ISA板卡,需要進行復雜的手動配置。
        實際的實現遠比說起來要復雜。在PCI板卡中,有一組寄存器,叫"配置空間"(Configuration Space),用來存放基地址與內存地址,以及中斷等信息。
        以內存地址為例。當上電時,板卡從ROM里讀取固定的值放到寄存器中,對應內存的地方放置的是需要分配的內存字節數等信息。操作系統要跟據這個信息分配內存,并在分配成功后把相應的寄存器中填入內存的起始地址。這樣就不必手工設置開關來分配內存或基地址了。對于中斷的分配也與此類似。

        三、中斷共享的實現
        ISA卡的一個重要局限在于中斷是獨占的,而我們知道計算機的中斷號只有16個,系統又用掉了一些,這樣當有多塊ISA卡要用中斷時就會有問題了。
        PCI總線的中斷共享由硬件與軟件兩部分組成。
        硬件上,采用電平觸發的辦法:中斷信號在系統一側用電阻接高,而要產生中斷的板卡上利用三極管的集電極將信號拉低。這樣不管有幾塊板產生中斷,中斷信號都是低;而只有當所有板卡的中斷都得到處理后,中斷信號才會回復高電平。(請參考圖四所示電路)

        軟件上,采用中斷鏈的方法:假設系統啟動時,發現板卡A用了中斷7,就會將中斷7對應的內存區指向A卡對應的中斷服務程序入口ISR_A;然后系統發現板卡B也用中斷7,這時就會將中斷7對應的內存區指向ISR_B,同時將ISR_B的結束指向ISR_A。以此類推,就會形成一個中斷鏈。而當有中斷發生時,系統跳轉到中斷7對應的內存,也就是ISR_B。ISR_B就要檢查是不是B卡的中斷,如果是,要處理,并將板卡上的拉低電路放開;如果不是,則呼叫ISR_A。這樣就完成了中斷的共享。

        通過以上討論,我們不難看出,PCI總線有著極大的的優勢。而近年來的市場情況也證實了這一點。凌華公司推出了從高端到低端全系統PCI總線數據采集卡,充分利用了PCI總線的這些優點,必將給您的工作帶來很大的便利。



        關鍵詞: PCI總線概

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