PCI局部總線介紹分析

PCI局部總線概述總線命令及總線協(xié)議總線數(shù)據(jù)傳輸過程總線仲裁與配置總線設(shè)備開發(fā)1.1PCI總線的特點1)傳輸效率:133~266MB/S2)支持猝發(fā)傳輸(順序讀/寫一批數(shù)據(jù))3)獨立于處理器(不依附于某個具體處理器)4)適用于多種機型(5V,3.3V；級聯(lián)方式)5)支持多個主控器(任何CPU成為主控)6)存取時間延遲小7)數(shù)據(jù)的完整性和可靠性（奇偶校驗）8)具有即插即用功能(自動選擇未使用中斷和地址)9)低成本，高可靠性10)多總線共存:(CPU總線/ISA/EISA)CPUPCI橋接電路DRAM存儲器CacheCPU總線

PCI總線ISA/EISA橋接電路SCSI卡硬盤卡網(wǎng)卡南橋打印機磁帶機掃描儀ISA總線

總線概述PCI總線的信號

PCI總線標(biāo)準所定義的信號線一共有120條，其中包括必需的信號線、可選的信號線及電源線、地線、保留引腳。必需信號線：作為主設(shè)備需要49條；作為從設(shè)備需要47條?？蛇x信號線：51條，主要用于64位擴展、中斷請求、高速緩存支持等。

1.2PCI信號定義

主設(shè)備:取得總線控制權(quán)的設(shè)備.

從設(shè)備:被主設(shè)備選中進行數(shù)據(jù)交換的設(shè)備.

信號類型:

IN單向輸入信號,OUT:單向輸出信號

T/S:雙向三態(tài)輸入/輸出信號.

S/T/S:持續(xù)且低電平有效的三態(tài)信號(主設(shè)備產(chǎn)生).

O/D:漏極開路.#:低電平有效1.系統(tǒng)接口信號

CLKIN：PCI系統(tǒng)總線時鐘最高33MHz/66MHz，最低0Hz。PCI大部分信號在CLK的上升沿有效。外內(nèi)A1B1B49B52B62A49A52A6277.481.191.27單位：mmAD[31:00]T/S：它們是地址、數(shù)據(jù)多路復(fù)用的輸入/輸出信號在FRAME#有效的第1個時鐘，AD[31:00]上傳送的是32位地址，稱為地址期。在IRDY#和TRDY#同時有效時，AD[31:00]上傳送的為32位數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)期。注:一次總線傳輸=地址期+數(shù)據(jù)期+數(shù)據(jù)期+…C/BE[3:0]#T/S：它們是總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用信號線PART/S：針對AD[31:00]和C/BE[3:0]#進行奇偶校驗的校驗位.2.地址與數(shù)據(jù)接口信號讀時序操作3.接口控制信號FRAME#S/T/S：幀周期信號,幀有效周期表示一次傳輸?shù)拈_始和持續(xù)。CycleFrame)IRDY#S/T/S：主設(shè)備準備好信號(InitiatorReady)TRDY#S/T/S：從設(shè)備準備好信號(TargetReady)注:IRDY#,TRDY#同時有效,才能從主設(shè)備傳送數(shù)據(jù)從設(shè)備.STOP#S/T/S：從設(shè)備發(fā)出的要求主設(shè)備終止當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送的信號。LOCK#S/T/S：鎖定信號IDSELIN：初始化設(shè)備選擇信號DEVSEL#S/T/S：設(shè)備選擇信號4.仲裁接口信號REQ#T/S：總線占用請求信號GNT#T/S：總線占用允許信號5.錯誤報告接口信號PERR#S/T/S：數(shù)據(jù)奇偶校驗錯誤報告信號SERR#O/D：系統(tǒng)錯誤報告信號6.中斷接口信號

PCI有4條中斷線，分別是INTA#、INTB#、INTC#、INTD#

，電平觸發(fā)，多功能設(shè)備可以任意選擇一個或多個中斷線，單功能設(shè)備只能用INTA#。7.高速緩存支持信號SBO＃

IN：試探返回信號SDONEIN/OUT：查詢完成信號，用來表示當(dāng)前查詢的狀態(tài)8.64位總線擴展信號AD[63:32]T/S：擴展的32位地址和數(shù)據(jù)多路復(fù)用線C/BE[7:4]#T/S：總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用擴展信號線REQ64#S/T/S，64位傳輸請求信號ACK64#S/T/S：64位傳輸允許信號PAR64T/S：奇偶雙字節(jié)校驗9.JTAG/邊界掃描信號(可選)1.3PCI插槽和PCI擴展卡1.PCI插槽*32/64位數(shù)據(jù)PCI插槽2.PCI插卡2.1PCI總線命令2PCI總線命令及總線協(xié)議P292~294PCI總線命令表2.2PCI總線協(xié)議1．PCI總線的傳輸控制遵循的管理規(guī)則:FRAME#和IRDY#定義了總線的忙/閑狀態(tài)。

11空閑、00數(shù)據(jù)、01等待狀態(tài)、10最后一個數(shù)據(jù)。01等待10最后00數(shù)據(jù)11空閑(1)一旦FRAME#信號被置為無效，在同一傳輸期間不能重新設(shè)置。(2)除非設(shè)置IRDY#信號，一般情況下不能設(shè)置FRAME#信號無效。(3)一旦主設(shè)備設(shè)置了IRDY#信號，直到當(dāng)前數(shù)據(jù)期結(jié)束為止，主設(shè)備一般不能改變IRDY#信號和FRAME#信號的狀態(tài)。2.PCI總線的尋址(1)I/O地址空間在I/O地址空間，32位AD線全部被用來提供一個完整的地址編碼（字節(jié)地址）。AD[1:0]和C/BE[3:0]指明傳輸?shù)淖畹陀行ё止?jié)。AD[1:0]和C/BE[3:0]#對應(yīng)關(guān)系表(2)內(nèi)存地址空間P2963．字節(jié)對齊PCI總線上不能進行字節(jié)的交換。但是，具有64位通道的主設(shè)備可以進行DWORD（雙字）的交換。主設(shè)備可以在每個新數(shù)據(jù)期開始的時鐘前沿改變字節(jié)使能信號，且在整個數(shù)據(jù)期中保持不變。讀緩沖中的數(shù)據(jù)可以不考慮字節(jié)使能信號，而傳送所有的字節(jié)。4．PCI總線的驅(qū)動與過渡從一個設(shè)備驅(qū)動總線到另一個設(shè)備驅(qū)動PCI總線之間設(shè)置一個過渡期，又稱為交換周期，以防止總線訪問沖突。在每個地址（數(shù)據(jù)）期中，所有的AD線都必須被驅(qū)動到穩(wěn)定的狀態(tài)（數(shù)據(jù)），包括那些字節(jié)使能信號表明無效的字節(jié)所對應(yīng)的AD線。5．設(shè)備選擇注意:

DEVSEL#由從設(shè)備驅(qū)動,可在第1個時鐘之后的2,3個時鐘周期處有效。一旦有效,必須維持到最后一個數(shù)據(jù)期完成后才能撤除。設(shè)備選擇的時序關(guān)系3PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過程交換期從設(shè)備提供8最后讀4讀數(shù)據(jù)6讀數(shù)據(jù)等待等待等待3.1總線上的讀操作8最后

5,6,7等待3,4寫數(shù)據(jù)3.2總線上的寫操作寫操作時序3.3傳輸?shù)慕K止過程1由主設(shè)備提出的終止傳輸結(jié)束，即只剩下一個數(shù)據(jù)未傳輸?？偩€上有優(yōu)先級更高的占用請求，總線仲裁器取消主設(shè)備的GNT#信號。超時，主設(shè)備發(fā)出FRAME#信號后在規(guī)定時間內(nèi)沒有檢測到目標(biāo)設(shè)備的DEVSEL＃信號。撤消FRAME#,建立IRDY#,直到TRDY#有效后傳輸完最后一個數(shù)據(jù)。2由從設(shè)備提出的終止重入或再試（retry）：從設(shè)備不能傳輸數(shù)據(jù)。解除連接（disconnct）：8個時鐘周期內(nèi)從設(shè)備不能對主設(shè)備做出響應(yīng)。

發(fā)出STOP#信號并保持其有效，直到FRAME#撤消為止。PCI總線上的所有傳輸操作中，

FRAME#、IRDY#、TRDY#和STOP#遵循的規(guī)則：當(dāng)STOP#信號有效時，F(xiàn)RAME#應(yīng)該在其后的2~3個時鐘周期內(nèi)盡快撤消，但撤消時應(yīng)使IRDY#有效，從設(shè)備應(yīng)無條件的保持STOP#的有效狀態(tài)直到FRAME#撤消為止。FRAME#撤消后，STOP#也應(yīng)該緊跟著撤消。在任何時鐘的上升沿，如果STOP#和TRDY#同時有效，就表示是傳輸?shù)淖詈笾芷?，IRDY#要在下一個時鐘的上升沿之前撤消，表示傳輸?shù)慕Y(jié)束。對于被目標(biāo)設(shè)備終止的傳輸，主設(shè)備要繼續(xù)完成它，就必須用下一個未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的地址來重試訪問。4PCI總線仲裁與配置PCI總線采用集中式的同步仲裁方法握手方式:請求(REQ#)-允許(QET#)1.發(fā)REQ,請求占用總線2.允許占用4.1總線仲裁67891012345總線仲裁過程：4.2PCI總線配置在系統(tǒng)啟動的時候由BIOS代碼執(zhí)行設(shè)備配置。一旦即插即用OS（如Windows2000）啟動后，控制就傳遞給OS，OS接管設(shè)備管理。定義一個PCI總線配置空間的目的在于提供一套適當(dāng)?shù)呐渲么胧?，使之實現(xiàn)完全的設(shè)備再定位而無需用戶干預(yù)安裝、配置和引導(dǎo)，并由與設(shè)備無關(guān)的軟件進行系統(tǒng)地址映射。所有PCI設(shè)備都必須實現(xiàn)PCI協(xié)議規(guī)定必需的配置寄存器，以便系統(tǒng)加電的時候利用這些寄存器的信息來進行系統(tǒng)配置。對PCI的配置訪問實際上就是訪問設(shè)備的配置寄存器。1.PCI設(shè)備的配置空間（頭標(biāo)區(qū)和設(shè)備相關(guān)區(qū)）配置空間頭區(qū)域結(jié)構(gòu)(1)廠商標(biāo)識寄存器(VID)(2)設(shè)備標(biāo)識寄存器(DID)(3)版本標(biāo)識寄存器(RID)(4)設(shè)備類別碼寄存器(CLCD)(5)頭標(biāo)類型寄存器(HDR)頭標(biāo)區(qū)配置寄存器：(6)PCI命令寄存器（PCICMD）

表現(xiàn)在命令寄存器為發(fā)出和響應(yīng)PCI總線命令提供了對設(shè)備粗略的控制。

(7)PCI狀態(tài)寄存器（PCISTS）

狀態(tài)寄存器用于記錄PCI總線有關(guān)操作的狀態(tài)信息。

注意：該寄存器的有些位是只可清不可置，對這些位的寫1，被解釋為對該位清零。

例如，為了清位14而不影響其他位，應(yīng)向該寄存器寫0100000000000000B(8)基址寄存器（BADR）

PCI設(shè)備的配置空間可以在微處理器決定的地址空間中浮動，以便簡化設(shè)備的配置過程。地址映射:系統(tǒng)初始化代碼在引導(dǎo)操作系統(tǒng)之前，必須建立一個統(tǒng)一的地址映射關(guān)系，以確定系統(tǒng)中有多少存儲器和I/O控制器，它們需要占用多少地址空間。當(dāng)確定這些信息之后，系統(tǒng)初始化代碼便可以把I/O控制器映射到合理的地址空間并引導(dǎo)系統(tǒng)?；芳拇嫫?為了使這種映射能夠做到與相應(yīng)的設(shè)備無關(guān)，在配置空間的頭區(qū)域中安排了一組供映射時使用的基址寄存器。舉例1：基址寄存器的值=FFFFFF01h

=11111111111111111111111100000001b位0=1，表示是一個I/O地址空間映射位[31:2]第一個為1的是位8，表示映射的I/O空間為256。這意味著I/O映射的基地址應(yīng)該起始于256的整數(shù)倍。求:最大/最小I/O映射地址空間?

最小I/O映射地址空間=4字節(jié)（2^2）最大存儲映射地址空間=256字節(jié)（協(xié)議規(guī)定）舉例2：基址寄存器的值=FFF00000h

=11111111111100000000000000000000B位0=0，表示是一個存儲器地址空間映射位[2:1]=00b，它使32位存儲器映射位3=0，表示它不是預(yù)取存儲器。位[31:4]第一個為1的是位20，表示映射的存儲空間為1MB。這意味著存儲映射的基地址應(yīng)該起始于1MB、2MB、3MB等的邊界上。系統(tǒng)經(jīng)過權(quán)衡后再向該基址寄存器寫入實際映射的空間基址。求:最大/最小存儲映射地址空間?最小存儲映射地址空間=16字節(jié)（2^4）最大存儲映射地址空間=2GB（2^31）(9)擴展ROM基地址寄存器擴展ROM基地址=FFFF0001h位0=1，表示擴展ROM訪問允許位[31:11]第一個為1的是位16，表示映射的存儲空間為64K。這意味著ROM映射的基地址應(yīng)該起始于64KB的邊界(13)中斷引腳寄存器

8位只讀寄存器，指明設(shè)備使用了PCI的哪個中斷引腳。1代表INTA#，2為INTB#……(14)中斷請求線寄存器

8位可讀/寫寄存器，指明設(shè)備的中斷引腳和PC機的8259A的哪個中斷輸入線連。(15)Min_Gnt/Max_lat寄存器

Min_Gnt用來指定設(shè)備需要多長的突發(fā)傳輸時間。

Max_lat用來表示對PCI總線進行訪問的頻繁程度。(10)高速緩沖(cache)行大小寄存器(CALN)(11)延時定時器(LAT)(12)內(nèi)含自測試寄存器(BIST)2．配置空間的訪問1)配置空間的尋址方式:片選：只有當(dāng)輸入它的IDSEL信號有效，設(shè)備選擇：并且在地址期內(nèi)AD[1:0]為00時，才能被作為配置訪問的目標(biāo)設(shè)備。片內(nèi)選擇：AD7-22）配置空間訪問的類型0類配置空間訪問對（正在運行的）當(dāng)前PCI總線上的目標(biāo)設(shè)備配置寄存器所進行的訪問。被配置訪問的目標(biāo)設(shè)備必須在地址期采樣到其IDSEL輸入信號有效，并且AD[1∶0]必須為00。地址期，AD[10∶8]用于選擇物理設(shè)備的八種功能之一。AD[7∶2]為選擇該功能設(shè)備的配置寄存器號(雙字號）；AD[1∶0]必須為00。數(shù)據(jù)期，AD[31∶0]傳送的是配置讀/寫數(shù)據(jù)1類配置空間訪問對（通過PCI/PCI橋連接的）下一級PCI總線上的目標(biāo)設(shè)備（配置寄存器）所進行的訪問。地址期：AD[10∶8]用于選擇物理設(shè)備的八種功能之一。AD[7∶2]為選擇該功能設(shè)備的配置寄存器號；AD[15∶11]用于選擇第二級總線上的某個設(shè)備的IDSEL信號有效，AD[23∶16]放總線號，AD[1∶0]必須為01。一旦PCI/PCI橋檢測到1類配置訪問，就有三種情況，須分別進行處理。橋片中也有橋配置空間寄存器，存放有總線號和次級總線號等信息。如果要訪問的總線號既不同于橋的第二級總線號，也不在橋的第二級總線號的下級總線范圍內(nèi)，那么橋?qū)⒑雎员敬卧L問。如果總線號不同于橋的第二級總線，但在橋的第二級總線號的下級總線范圍內(nèi)，那么橋?qū)⒈敬卧L問作為1類配置訪問傳遞給第二級總線。配置命令從第一級傳遞到第二級C/BE總線。如果總線號與橋的第二級總線號相同，那么橋?qū)⒈敬卧L問作為0類配置訪問傳遞給第二級總線。AD[10:2]直接從橋的第一級傳遞到第二級AD總線。AD[15:11]的設(shè)備號用于選擇第二級總線上哪個設(shè)備的IDSEL信號有效。配置命令從第一級傳遞到第二級C/BE總線。3配置空間的訪問方法針對x86兼容的系統(tǒng)，PCI協(xié)議定義了將處理器發(fā)出的I/O或存儲器訪問識別或轉(zhuǎn)換為配置訪問的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，稱為配置機構(gòu)。配置機構(gòu)是利用兩個32位的I/O端口寄存器來訪問PCI設(shè)備的配置空間的。配置地址端口寄存器（I/O地址為0CF8H~0CFBH）配置數(shù)據(jù)口寄存器（I/O地址為0CFCH~0CFFH）。第一步，將要訪問的總線號、設(shè)備號、功能號和雙字號寫到配置地址端口寄存器。（32位寫）第二步，執(zhí)行一次對配置數(shù)據(jù)端口寄存器的I/O讀/寫。PCIBIOS初始化程序只能通過PCIBIOS才能訪問PCI配置寄存器。PCIBIOS再通過配置地址端口寄存器和配置數(shù)據(jù)口寄存器實現(xiàn)其功能。1、16位PCIBIOS的調(diào)用通過INT1AH實現(xiàn)：AH=B1H，AL為子功能號。2、32位PCIBIOS的調(diào)用確認32位BIOS是否存在；確認BIOS是否支持PCIBIOS，取得PCIBIOS入口地址；通過對PCIBIOS入口地址的遠程調(diào)用來實現(xiàn)：AH=B1H，AL為子功能號。4.PCI中斷1.PCI中斷請求

PCI中斷線：INTA#、INTB#、INTC#、INTD#。

PCI中斷源：PIRQA#~PIRQD#。

PCI中斷源連接：通過映射到ISA中斷（3~7，9~12，14~15）來實現(xiàn)。特點：當(dāng)PCI中斷被映射到一個ISA的IRQ后，該IRQ不可再被ISA設(shè)備(通過SERIRQ的中斷)使用。PCI中斷可與低電平有效的非ISA中斷共享同一IRQ。實現(xiàn)：設(shè)備31的0號功能的60H~63H、68H~6BH的PIRQ路由控制寄存器實現(xiàn)PIRQA#~PIRQH#與IRQ的映射關(guān)系。PIRQ#路由控制寄存器[8bit]存放的是IRQ編碼。PCI中斷請求：PCI中斷請求必須為電平觸發(fā)方式。多個PIRQ#信號線能連在同一個IRQ上。不同PIRQ#的優(yōu)先級由IRQ決定。同一PIRQ#不同設(shè)備INT*的優(yōu)先級由安裝次序決定。PCI中斷響應(yīng)PCI中斷響應(yīng)為單周期響應(yīng)。HOST-PCI橋自動將雙中斷響應(yīng)周期轉(zhuǎn)換成單中斷響應(yīng)周期。其他中斷響應(yīng)過程與8259A同，中斷類型號通過HOST-PCI橋再返回給處理器。中斷響應(yīng)周期中可插入等待周期。中斷服務(wù)程序入口地址由中斷描述符表管理。PCI中斷響應(yīng)周期PCI中斷共享PCI中斷請求信號為漏極開路的。同一PIRQ不同設(shè)備的優(yōu)先級最后安裝的最高。即：中斷向量表中中斷向量為同一PIRQ最后安裝的設(shè)備的中斷服務(wù)程序入口地址。PCI中斷的狀態(tài)位通過中斷服務(wù)程序讀取，并處理。同一PIRQ中斷服務(wù)實現(xiàn)方法：采用鏈表式處理方法。方法：PNP配置時將同一PIRQ的原中斷向量存放到其設(shè)備驅(qū)動的特定寄存器后才替換為新的中斷向量。8259INTA#INTA#INTB#INTA#,B#,C#D#INTA#IRQ8IRQ9IRQ10IRQ14IRQ158259IRQ0IRQ1IRQ2IRQ6IRQ7INPUT0#INPUT1#INPUT3#TOCPUInterruptRouterPCI中斷路由INTA#INTA#INTB#INTA#,B#,C#D#INTA#8259IRQ8IRQ9IRQ10IRQ14IRQ158259IRQ0IRQ1IRQ6IRQ7INPUT0#INPUT1#INPUT3#TOCPUInterruptRouterIRQ2推薦的PCI中斷路由

S5933是AMCC公司開發(fā)的一個PCI控制器芯片，符合PCI規(guī)范2.1,32位接口，既可以做PCI從設(shè)備，也可以做主設(shè)備，并且可以獲得32位PCI總線的峰值數(shù)據(jù)傳輸能力：132MB/s5.1S5933的組成：

PCI總線接口、一個可選的非易失性存儲器接口、用戶接口(Add-On)、消息通道(Mailboxes)。5PCI總線設(shè)備開發(fā)及S59331）Pass-Thru方式2）FIFO方式3）Mailbox方式5.2S5933的數(shù)據(jù)傳輸方式1.概述PCI9052提供了一個簡潔的高性能的PCI總線目標(biāo)接口控制器，適用于一般的適配卡。PCI9052能與相當(dāng)廣泛的Local總線到PCI總線的設(shè)計連接，這種設(shè)計可以允許相對慢的Local總線設(shè)計在PCI總線上達到132MB/s的突發(fā)傳輸。

PCI9052能夠通過編程設(shè)置直接連接到復(fù)用或非復(fù)用的8-bit、16-bit、32-bitLocal總線上。8-bit、16-bit模式能比較容易地將ISA總線轉(zhuǎn)換到PCI總線.在PCI9052的內(nèi)部嵌入了一個讀寫FIFO，它們的目的是為了使32-bit、33MHz的PCI總線與總線寬度更窄更慢的Local總線在數(shù)據(jù)傳輸速度方面相匹配。支持多達5個Local地址空間和4個片選信號PCI應(yīng)用:

2.主要特征

（1）

適合PCI協(xié)議2.1規(guī)范：PCI9052遵從PCI協(xié)議的2.1規(guī)范，支持低成本的從適配器，該芯片能實現(xiàn)簡單的ISA到PCI的轉(zhuǎn)換。（2）

直接目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸模式：PCI9052支持從PCI總線到Local總線的突發(fā)存儲器映射和I/O映射的訪問。讀和寫FIFO使能可以使PCI總線和Local總線實現(xiàn)高性能的突發(fā)傳輸。PCI總線通常是進行突發(fā)傳輸?shù)模欢?，Local總線能設(shè)置為突發(fā)傳輸或連續(xù)的單周期操作。（3）

中斷產(chǎn)生器：PCI9052能產(chǎn)生來自于Local總線上的2個中斷輸入的一個PCI中斷。

(4)