PA數據鏈路解密之PCI-E總線

　　摘要：作為新一代的通用總線接口標準，PCI-Express(PCI-E)高帶寬、低延遲、可擴展、支持熱插拔等優點，使其全面取代了PCI、AGP等早期總線。ZLG致遠電子功率分析儀的內部多個高速數據總線中，也包含了PCI-E。下面我們來一起認識這一接口。

　　1.1 架構

　　圖 1 框架圖

　　1、 Root Complex(RC)

　　PCI-E根控制器，集成在主處理器系統中，管理處理器與PCIE設備的連接。

　　2、 Switch

　　PCI-E交換設備，用于PCI-E總線的擴展。

　　3、 Bridge

　　PCI-E橋設備，用于PCI-E與其它總線的橋接。例如：PCIE to PCI橋。

　　4、 Endpoint(EP)

　　PCI-E終端設備，例如網卡等通訊板卡或其它數據采集板卡。

　　實際應用中，我們關注較多的則是此類設備。

　　1.2 通訊

　　1、 地址映射

　　EP設備可通過配置自身PCI-E控制器，將設備內部一段內存地址映射到CPU保留地址空間。CPU通過訪問該映射后的地址，便可透明地讀寫設備，而不必關心物理傳輸細節。

　　2、 直接內存訪問

　　EP設備具有總線主控能力，即能夠主動訪問CPU地址空間。通過修改PCI-E控制器的地址映射，配合DMA控制器，可以實現無需CPU干預的數據傳輸。

　　3、 MSI(Message Signaled Interrupt)中斷

　　EP設備可以將某個特定消息寫到特定地址，觸發一個CPU中斷。

　　1.3 枚舉

　　1、 配置空間

　　圖 2 1 配置空間

　　如圖2所示，配置空間是由EP設備定義，用于描述EP設備資源及特性的一組寄存器。在枚舉過程中，RC會掃描PCI-E總線上的所有設備。通過訪問該設備的配置空間，可以獲得加載EP設備驅動所需的DeviceID、VendorID等信息。

　　2、 BAR(Base Address Registers)

　　EP設備可向RC請求將自身的1~6段設備地址映射到CPU的地址空間，這1~6個CPU地址由RC軟件在枚舉過程中分配并回寫到配置空間中的BAR寄存器。

　　3、 枚舉流程

　　圖 3 枚舉流程

　　如圖3所示，CPU以一定順序掃描系統內的PCI-E總線，為發現的設備分配總線號、設備號，構建設備樹，分配地址空間并回寫BAR。操作系統啟動后，將根據DeviceID、VendorID找到匹配的驅動程序并加載運行。