微型計算機系統(tǒng)與接口：CH7-2課件

7.3PCI總線PCI總線簡介PCI總線信號PCI/ISA橋的信號交互PCI總線操作PCI總線仲裁PCI的配置7.3.1PCI總線簡介PCI的提出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要特點7.3.1PCI總線簡介

PCI的提出ISA的局限性Data—16bit；Address—24bit；中斷邊沿觸發(fā)；總線物理結(jié)構(gòu)制約總線帶寬—8MHz；硬件配置技術(shù)性強。EISA（ISA的32位擴展）在性能上有所改善。VL總線（VESALocalBus） VideoElectronicStandardAssociation

解決CPU與顯卡之間快速數(shù)據(jù)傳輸。PCI（PeripheralComponentInterface）Intel,1992.6克服上述總線的不足，成為微機總線的主流。PCI系

統(tǒng)

結(jié)

構(gòu)

圖7.3.1PCI總線簡介主要特點獨立于處理器支持約80個總線功能（設(shè)每個PCI設(shè)備是一個PCI的電氣負載，一個典型的PCI可以支持大約10個電氣負載，因此每個設(shè)備可以包含8個PCI功能。）低功耗總線速度33Mhz（2.0版PCI規(guī)范），66Mhz（2.1版）并行的總線操作（PCI總線與處理器總線、擴展總線同步工作。）7.3.1PCI總線簡介主要特點（續(xù)）全面支持PCI總線主設(shè)備（允許同級PCI總線訪問，允許通過PCI-PCI總線橋和擴展總線橋訪問主存儲器和擴展總線上的設(shè)備。）隱式總線仲裁（在一個總線主設(shè)備正在PCI總線上進行訪問時，可以同時進行PCI總線仲裁。）在所有讀寫操作中可實現(xiàn)猝發(fā)傳送（32位PCI峰值傳送速率為132MB/s，64位峰值為264MB/s，66MHz、64位PCI峰值傳送速率為528BM/s）地址、命令、數(shù)據(jù)奇偶校驗（具有在地址、命令、數(shù)據(jù)上進行奇偶校驗的功能。）7.3.2PCI總線信號PCI總線信號指PCI設(shè)備與PCI總線接口的信號。主設(shè)備比目標(biāo)設(shè)備信號多2個。

基本信號 可選信號

系統(tǒng)信號 64位擴展信號 地址/數(shù)據(jù)和命令信號 時鐘控制CLKRUN# 接口控制信號 電源管理（in2.2） 仲裁信號（僅主設(shè)備） JTAG/邊界掃描 錯誤報告信號 中斷請求信號7.3.2PCI總線信號主設(shè)備信號7.3.2PCI總線信號目標(biāo)設(shè)備信號7.3.2PCI總線信號地址、數(shù)據(jù)和命令

AD[31：0]地址/數(shù)據(jù)時分復(fù)用總線C/BE#[3:0]命令或字節(jié)使能PAR奇偶校驗信號PCI命令命令類型 C/BE#[3:0]中斷響應(yīng) 0000特殊周期 0001I/O讀 0010I/O寫 0011存儲器讀 0110存儲器寫 0111配置讀 1010配置寫 1011存儲器多行讀 1100雙總線周期 1101 存儲器行讀 1110存儲器寫和使無效 1111保留 0100，0101，1000，1001PCI字節(jié)使能C/BE#[3:0]映射BE3# 數(shù)據(jù)通道3，AD[31:24]和當(dāng)前尋址雙字第4個字節(jié)BE2# 數(shù)據(jù)通道2，AD[23:15]和當(dāng)前尋址雙字第3個字節(jié)BE1# 數(shù)據(jù)通道1，AD[15:8]和當(dāng)前尋址雙字第2個字節(jié)BE0# 數(shù)據(jù)通道0，AD[7:0]和當(dāng)前尋址雙字第1個字節(jié)7.3.2PCI總線信號接口控制信號（續(xù)）TRDY# 目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好信號（三態(tài)，表示目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好與主設(shè)備交換數(shù)據(jù)。寫交易時，TRDY#有效表示目標(biāo)設(shè)備已準(zhǔn)備好接收主設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)；讀交易時，表示目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好向數(shù)據(jù)總線發(fā)送數(shù)據(jù)。用此信號通知主設(shè)備：目標(biāo)設(shè)備已準(zhǔn)備好。）STOP# 終止交易信號（三態(tài)，主設(shè)備為輸入信號，目標(biāo)設(shè)備輸出信號。當(dāng)目標(biāo)設(shè)備有效STOP#時，表明它希望主設(shè)備在進程中停止交易。）LOCK# 鎖定信號（三態(tài)，主設(shè)備為雙向信號，目標(biāo)設(shè)備為輸入信號。在基本交易系列中(例如：在一個信號機讀/修改/寫操作中)主設(shè)備用此信號鎖定當(dāng)前尋址的目標(biāo)。）7.3.2PCI總線信號接口控制信號（續(xù)）IDSEL初始化設(shè)備選擇信號（是PCI設(shè)備的一個輸入信號，在訪問設(shè)備配置寄存器時用作片選擇信號。）DEVSEL# 設(shè)備選擇信號（主設(shè)備為輸入信號，目標(biāo)設(shè)備為輸出信號。當(dāng)目標(biāo)設(shè)備進行地址譯碼時，使設(shè)備選擇信號有效?？勺鳛楫?dāng)前主設(shè)備和擴展總線橋中負向譯碼器的輸入信號。當(dāng)一個主設(shè)備起動一次交易，并在6個CLK周期內(nèi)沒有檢測到DEVSEL#信號有效，主設(shè)備認為目標(biāo)不能響應(yīng)或者訪問地址不存在。因此，主設(shè)備終止當(dāng)前交易。）7.3.2PCI總線信號仲裁信號REQ# 總線請求信號 GNT# 總線允許信號 每一個PCI主設(shè)備都有一對仲裁線直接連到PCI總線仲裁器上。7.3.2PCI總線信號錯誤報告信號PERR# 校驗錯信號（三態(tài)，目標(biāo)設(shè)備為輸出，主設(shè)備為輸入和輸出。所有PCI設(shè)備都是強制產(chǎn)生作用在AD[31：0]、C/BE[3：0]總線上地址和數(shù)據(jù)信號的奇偶校驗信息的。接收設(shè)備將檢查奇偶校驗的合理性，如果PCI設(shè)備發(fā)現(xiàn)奇偶校驗錯誤，則置PERR#信號有效。）SERR# 系統(tǒng)錯信號（輸出，該信號在同一時間內(nèi)可由多個PCI代理驅(qū)動。在產(chǎn)生地址奇偶校驗錯、專用周期數(shù)據(jù)奇偶校驗錯及其他嚴(yán)重錯誤時，PCI設(shè)備可以驅(qū)動系統(tǒng)錯誤信號SERR#，SERR#被看作向系統(tǒng)報告嚴(yán)重錯誤的最后求助途徑。通常在SERR#置為有效時，引起NMI中斷。在發(fā)生非嚴(yán)重錯誤或可糾正的錯誤時不激活SERR#信號。該信號為漏極開路信號，需要外接漏極電阻。）7.3.2PCI總線信號64位擴展信號AD[63:32] 高4組數(shù)據(jù)通道選擇信號（三態(tài)，與AD[31:0]結(jié)合，可將數(shù)據(jù)總線的寬度擴展到64位。在一般交易的地址段中不使用這些引腳，除非正在進行的交易為64位尋址。）C/BE[7:4] 數(shù)據(jù)通道4到7字節(jié)的使能信號（三態(tài)，在數(shù)據(jù)傳送階段中使用，而不是在地址段使用(除非正在進行64位尋址)。）REQ64# 64位傳送請求信號（三態(tài)，主設(shè)備產(chǎn)生，表示希望使用高4組數(shù)據(jù)通道之一或更多來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。它的時序與FRAME#相同。）ACK64# 64位傳送確認信號（三態(tài)，由目標(biāo)產(chǎn)生(如果它支持64位傳送)以響應(yīng)由主設(shè)備使能的REQ64#。它與DEVSEL#信號有相同的時序。）PAR64 高位雙字奇偶校驗信號（三態(tài)，是與AD[63:32]和C/BE[7:4]相關(guān)的奇偶校驗位。）7.3.2PCI總線信號JTAG/邊界掃描（用于測試PCI設(shè)備的內(nèi)部電路，對PCI設(shè)備進行功能測試。）TCK 測試時鐘（輸入信號，在邊界掃描期間用于輸入和輸出的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)的計時設(shè)備。）TDI 測試輸入（輸入信號，(與TCK結(jié)合)在一串?dāng)?shù)據(jù)位流中，用于將數(shù)據(jù)和指令輸入測試訪問端口(TAP)。 ）TDO 測試輸出（輸出信號，(與TCK結(jié)合)在一串?dāng)?shù)據(jù)位流中，用于從測試訪問端口(TAP)輸出數(shù)據(jù)和指令。）TMS 測試模式選擇（輸入信號，用于控制測試訪問端口控制器的狀態(tài)）TRST# 測試復(fù)位（輸入信號，強置測試訪問端口控制器為初始狀態(tài)。）7.3.3PCI/ISA橋的信號交互ISA橋的負向譯碼（SubtractiveDecode）概念兩種情形分析7.3.3PCI/ISA橋的信號交互ISA橋的負向譯碼（SubtractiveDecode）當(dāng)PCI上的主設(shè)備尋址PCI目標(biāo)設(shè)備時，由PCI主設(shè)備發(fā)出尋址地址，PCI目標(biāo)設(shè)備進行譯碼，被選中的目標(biāo)設(shè)備令DEVSEL＃信號有效回應(yīng)主設(shè)備。這一過程叫做正向譯碼。如果PCI主設(shè)備要尋址一個駐留在ISA總線上的設(shè)備時，主設(shè)備不知道是否有設(shè)備安裝在ISA擴展槽上，也沒有途徑知道存儲器或I/O所用地址的范圍,無法和該設(shè)備直接交互。在這種情況下，就引出了由PCI/ISA橋執(zhí)行負向譯碼的概念。7.3.3PCI/ISA橋的信號交互ISA橋的負向譯碼（續(xù)）在一個PCI主設(shè)備啟動交易的時間周期內(nèi)，如果沒有其他PCI設(shè)備回應(yīng)，PCI/ISA橋令DEVSEL＃有效并且將交易轉(zhuǎn)送到擴展的ISA總線上。主設(shè)備通過監(jiān)視其他PCI設(shè)備產(chǎn)生的DEVSEL＃信號狀態(tài)，來確定沒有其他PCI設(shè)備聲明交易。如果在一個地址段后的4個時鐘周期中都沒有采樣到有效的DEVSEL＃，那么說明沒有其他PCI設(shè)備被選中，擴展總線橋可以通過交易的第五個和第六個時鐘周期使DEVSEL＃有效來回應(yīng)主設(shè)備。這一過程就稱作負向譯碼。7.3.4PCI總線操作概述典型PCI操作PCI命令幾種PCI交易分析7.3.4PCI總線操作概述突（猝）發(fā)傳送

突發(fā)傳送是一種包含一個地址段，跟著兩個或兩個以上數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)傳送方式。啟動者、目標(biāo)和代理 每個PCI傳送都有兩個參與者：起動方和目標(biāo)。起動方或總線主設(shè)備是起動傳送的設(shè)備。目標(biāo)是指起動方為實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送目的而正在尋址的設(shè)備。通常，PCI起動方和目標(biāo)設(shè)備稱為與PCI兼容的代理（Agent）。7.3.4PCI總線操作概述（續(xù)）PCI總線時鐘

對于33MHz的總線，CLK信號的頻率從0MHz到33MHz。所有PCI設(shè)備必須支持從16到33MHz的操作，并支持直到0MHz的操作，節(jié)電狀態(tài)下停止時鐘運行。地址段 PCI交易從PCICLK1周期內(nèi)的地址段開始。在地址段，主設(shè)備發(fā)出地址信號，PCI命令/字節(jié)使能以及FRAME#信號。7.3.4PCI總線操作概述（續(xù)）聲明一次交易(換) 當(dāng)PCI目標(biāo)確定自己被選中以后，通過有效DEVSEL#(設(shè)備選擇)聲明本次交易有效，如果主設(shè)備在一個預(yù)定的時間段（6CLK）沒有采樣到有效的DEVSEL#，就中止交易。數(shù)據(jù)段 數(shù)據(jù)段通常在一次交易的第二個PCICLK開始，傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)由主設(shè)備驅(qū)動的命令/字節(jié)使能信號決定。每個數(shù)據(jù)段至少持續(xù)一個PCI時鐘周期，主設(shè)備和目標(biāo)都必須準(zhǔn)備好進行數(shù)據(jù)傳送，否則數(shù)據(jù)段便要插入一個等待周期。PCI總線定義了準(zhǔn)備好信號線，主設(shè)備使用IRDY#而目標(biāo)使用TRDY#。7.3.4PCI總線操作概述（續(xù)）交換過程

PCI交易，所有的數(shù)據(jù)傳送都可以是突發(fā)傳送。主設(shè)備通過控制信號指出是否準(zhǔn)備好傳送當(dāng)前數(shù)據(jù)項，如果準(zhǔn)備好傳送，那么該數(shù)據(jù)項是否是最后的數(shù)據(jù)項。 在地址段的開始，主設(shè)備令FRAME#信號有效并一直保持其有效狀態(tài)，直到主設(shè)備準(zhǔn)備好(有效IRDY#)完成最后一個數(shù)據(jù)段。當(dāng)目標(biāo)在數(shù)據(jù)段采樣到IRDY#信號有效和FRAME#信號無效時，就知道了這是最后一個數(shù)據(jù)段。此時，目標(biāo)也令TRDY#信號有效，數(shù)據(jù)段才能完成傳送。7.3.4PCI總線操作概述（續(xù)）傳送結(jié)束和總線空閑

主設(shè)備通過無效FRAME#和有效IRDY#表明，突發(fā)傳送的最后一個數(shù)據(jù)傳送在進行中，當(dāng)最后的數(shù)據(jù)傳送完成時，主設(shè)備通過無效其準(zhǔn)備好信號IRDY#，將PCI總線返回空閑態(tài)。如果另一個總線主設(shè)備已經(jīng)被PCI總線仲裁器授權(quán)擁有總線，并正在等待當(dāng)前主設(shè)備放棄總線，它通過在PCI時鐘的同一個上升沿檢測無效的FRAME#和IRDY#，從而檢測到總線已經(jīng)返回空閑狀態(tài)。7.3.4PCI總線操作典型PCI操作7.3.4PCI總線操作典型PCI操作主設(shè)備獲取總線權(quán)：在CLK1上升沿采樣到FRAME#和IRDY#無效(總線空閑)，并GNT#有效。主設(shè)備起動交易：在CLK1主設(shè)備使FRAME#信號有效，同時，驅(qū)動地址和命令到總線。地址段結(jié)束：在CLK2上升沿地址段結(jié)束，主設(shè)備開始關(guān)閉它的AD總線驅(qū)動器，并發(fā)出字節(jié)使能C/BE#[3:0]。數(shù)據(jù)段：地址段后是一個或若干個數(shù)據(jù)段。數(shù)據(jù)交易在IRDY#和TRDY#都有效時進行。最后一個數(shù)據(jù)段：FRAME#無效且IRDY#有效，表示最后一個數(shù)據(jù)段。PCI命令

PCI交易分為16種類型，與命令/字節(jié)使能信號C/BE#[3:0]的16種狀態(tài)相對應(yīng)。其中4種為保留狀態(tài)。在一個交易過程的地址段中，命令/字節(jié)使能信號C/BE#[3:0]表示正在進行交易的類型或叫做命令類型。7.3.4PCI總線操作PCI命令命令類型 C/BE#[3:0]中斷響應(yīng) 0000特殊周期 0001I/O讀 0010I/O寫 0011存儲器讀 0110存儲器寫 0111配置讀 1010配置寫 1011存儲器多行讀 1100雙總線周期 1101 存儲器行讀 1110存儲器寫和使無效 1111保留 0100，0101，1000，10017.3.4PCI總線操作幾種PCI交易PCI中斷響應(yīng)