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PCI总线作为处理器系统的本地总线#xff0c;其主要目的是为了连接外部设备#xff0c;而不是作为处理器的系统总线连接Cache和主存储器。但是PCI总线、系统总线和处理器体系结构之间依然存在着紧密的联系…前言中曾提到本章主要说明PCI总线涉及的一些基本知识。
PCI总线作为处理器系统的本地总线其主要目的是为了连接外部设备而不是作为处理器的系统总线连接Cache和主存储器。但是PCI总线、系统总线和处理器体系结构之间依然存在着紧密的联系。
PCI总线作为系统总线的延伸其设计考虑了许多与处理器相关的内容如处理器的Cache共享一致性和数据完整性Data Consistency也称Memory Consistency以及如何与处理器进行数据交换等一系列内容。其中Cache共享一致性和数据完整性是现代处理器本地总线设计的重点和难点也是本书将重点讲述的主题之一。
孤立地研究PCI总线并不可取因为PCI总线仅是处理器系统的一部分。深入理解PCI总线需要了解一些与处理器体系结构相关的知识。这些知识是本书侧重描述的同时也是PCI总线规范忽略这里忽略并不准确应该是没有涉及的内容。脱离实际的处理器系统不容易也不可能深入理解PCI总线规范。
对于今天的读者来说PCI总线提出的许多概念略显过时也有许多不足之处。但在当年PCI总线与之前存在的其它并行局部总线如ISA、EISA和MCA总线相比具有许多突出的优点是一个全新的设计。突出点如下
1PCI总线空间与处理器空间隔离
PCI设备具有独立的地址空间即PCI总线地址空间。该空间与存储器地址空间通过HOST主桥Host-to-PCI主桥也称PCI主桥或PCI总线控制器隔离。处理器需要通过HOST主桥才能访问PCI设备而PCI设备需要通过HOST主桥才能访问主存储器。在HOST主桥中含有许多缓冲这些缓冲使得处理器总线与PCI总线工作在各自的时钟频率中互不干扰。HOST主桥的存在也使得PCI设备和处理器可以共享主存储器资源。
处理器访问PCI设备时必须通过HOST主桥进行地址转换而PCI设备访问主存储器时也需要通过HOST主桥进行地址转换与上一段中对应。HOST主桥的一个重要作用就是将处理器访问的存储器地址转换为PCI总线地址。PCI设备使用的地址空间是属于PCI总线域的这与存储器地址空间不同。
x86处理器对PCI总线域与存储器域的划分并不明晰这也使得许多程序员并没有明确地区分PCI总线域地址空间和存储器域地址空间。而本书将反复强调存储器地址和PCI总线地址的区别因为这是理解PCI体系结构的重要内容。
PCI规范并没有对HOST主桥的设计进行约束。每一个处理器厂商使用的HOST主桥其设计都不尽相同。HOST主桥是联系PCI总线与处理器的核心部件掌握HOST主桥的实现机制是深入理解PCI体系结构的前提。
本书将以Freescale飞思卡尔的PowerPC处理器和Intel的x86处理器为例说明各自HOST主桥的实现方式。值得注意的是本书涉及的PowerPC处理器仅针对Freescale的PowerPC处理器而不包含IBM的Power和AMCC的PowerPC处理器。而且如果没有特别说明本书中涉及的x86处理器特指Intel的处理器而不是其它厂商的x86处理器。
2可扩展性
PCI总线具有很强的扩展性。在PCI总线中HOST桥可以直接推出一条PCI总线这条总线也是该HOST主桥管理的第一条PCI总线。该总线还可以通过PCI桥扩展出一系列PCI总线并以HOST主桥为根节点最多只能挂接256个PCI设备包括PCI桥。
在同一条PCI总线上的设备间可以直接通信而并不会影响其它PCI总线上设备间的数据通信。隶属于同一棵PCI总线树上的PCI设备也可以直接通信但是需要通过PCI桥进行数据转发。
PCI桥是PCI总线的一个重要组成部件该部件的存在使得PCI总线极具扩展性。PCI桥也是有别于其它本地总线的一个重要部件。在“以HOST主桥为根节点”的PCI总线树中每一个PCI桥下也可以连接一个PCI总线子树PCI桥下的PCI总线仍然可以使用PCI桥继续进行总线扩展。
PCI桥可以管理这个PCI总线子树PCI桥的配置空间含有一系列管理PCI总线子树的配置寄存器。PCI桥的两端分别连接了两条总线上游总线Primary Bus和下游总线Secondary Bus。其中与处理器距离较近的总线被称为上游总线另一条被称为下游总线。这两条总线间的通信需要通过PCI桥进行。PCI桥中的许多概念被PCIe总线采纳理解PCI桥也是理解PCIe体系结构的基础。
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