PCIe体系结构解析：从PCI到Zynq7020芯片的可扩展性

"本文档主要介绍了赛灵思Zynq7020芯片技术手册中的可扩展性部分，特别是PCI总线的扩展性。" 在计算机系统中，可扩展性是衡量一个架构能够适应未来需求增长的关键特性。在硬件层面，这种可扩展性通常涉及到接口总线的设计。赛灵思Zynq7020芯片作为一个高度集成的片上系统（SoC），其内部包含了处理系统和可编程逻辑，能够支持多种接口协议，如PCI（Peripheral Component Interconnect）。 PCI总线是一种广泛使用的系统总线标准，特别是在过去的桌面和服务器系统中。它提供了主机（HOST）与外围设备之间的高速通信路径。描述中提到的“可扩展性”体现在PCI总线可以通过HOST主桥进行扩展。HOST主桥是PCI总线系统的核心组件，它负责管理总线事务，连接CPU和其他PCI设备。当HOST主桥直接推出一条PCI总线时，这条总线成为HOST主桥的直接管理范围。进一步地，通过额外的PCI桥接器，可以将这个总线网络扩展到多层，形成一个以HOST主桥为根节点的树状结构。每个PCI桥接器可以连接更多的PCI设备，使得系统能够支持大量的外设，从而提高了系统的灵活性和可扩展性。 PCI总线的这种扩展能力使得系统设计者能够根据需要添加或移除设备，而无需对整个系统进行大规模的硬件更改。随着PCI标准的发展，PCI Express（PCIe）应运而生，作为PCI的升级版，PCIe提供了更高的数据传输速率和更低的延迟，同时保持了原有的可扩展性特点。PCIe采用串行链接，每个连接可以支持多个数据通道（lanes），进一步增强了带宽和性能。 PCIe体系结构由多个层次构成，包括物理层、数据链路层和网络层。其中，物理层定义了信号传输规范，数据链路层处理错误检测和纠正，而网络层则负责事务级的通信。PCIe设备通常分为根复杂体（Root Complex）、端点（Endpoint）和桥接器（Bridge）。根复杂体相当于PCI中的HOST主桥，负责发起和接收事务；端点则是实际的PCIe设备，如网卡、显卡等；桥接器则用于连接不同PCIe域，实现了不同速度和代际间的兼容。 总结来说，PCI和PCIe总线的可扩展性是现代计算机系统中不可或缺的一部分，它们为系统设计者提供了灵活的硬件配置选择，确保了系统能够适应不断变化的硬件需求。赛灵思Zynq7020芯片支持这些标准，使其成为各种嵌入式应用的理想平台，尤其是在需要高性能和高可扩展性的系统中。