PCIe体系结构解析：从PCI到PCIe的演进与核心技术

"浅谈PCIe体系结构" 本文深入探讨了PCI（Peripheral Component Interconnect）总线及其升级版PCI Express（PCIe）的体系结构。PCI是个人计算机中一种广泛使用的局部总线标准，用于连接处理器和其他高速外围设备，如显卡、网卡和硬盘控制器。 在PCI总线部分，首先介绍了PCI总线的基本构成，包括HOST主桥、PCI总线、PCI设备以及HOST处理器。HOST主桥作为CPU和PCI总线之间的接口，负责地址和数据的转换。PCI总线由一组复杂的信号定义组成，包括地址和数据信号、接口控制信号、仲裁信号以及中断请求等其他信号。这些信号定义确保了总线上的数据传输和设备间的通信。 接着，文章详细讨论了PCI总线的存储器读写总线事务，包括事务的时序、不同类型的传送方式（如Posted和Non-Posted）以及PCI设备与HOST处理器间的数据交换。中断机制是PCI总线的重要组成部分，文中解释了中断信号与中断控制器的连接关系，中断信号在总线中的作用，以及中断请求的同步方法。 PCI-X是PCI的扩展，提高了总线带宽，引入了Split总线事务、新的总线传送协议和基于数据块的突发传送，以提高数据传输效率。 在PCI总线的桥与配置部分，文章详细阐述了存储器域与PCI总线域的概念，以及HOST主桥的角色。HOST主桥管理PCI设备的配置空间，负责地址空间的转换，并介绍了非透明PCI桥的工作原理，如Intel 21555桥片的配置寄存器和数据传递方式。 PCI总线的数据交换部分，涵盖了PCI设备BAR空间的初始化、数据传递机制（包括正向和负向译码、DMA操作）、Cache一致性问题以及预读机制。预读机制包括硬件和软件层面的预读技术，以提高数据传输的效率和响应速度。 进入PCIe部分，文章详细介绍了PCIe总线的基础知识，如端到端的数据传递、信号类型、层次结构和链路扩展。PCIe体系结构包括了Root Complex（RC）、Switch、Virtual Channels（VC）和端口仲裁等组件。PCIe设备的扩展配置空间提供了更灵活的配置选项。 PCIe总线的事务层分析了Transaction Layer Packet (TLP) 的格式、路由机制以及不同类型的读写请求TLP，如存储器读写、配置读写和消息请求。TLP的相关参数，如Max_Payload_Size和Max_Read_Request_Size，影响着数据传输的效率和性能。 最后，文章讨论了Message Signaled Interrupts (MSI) 和 MSI-X 机制，这是PCIe中断处理的改进，提供更高效、可靠的中断服务。针对PowerPC和x86处理器，文章详细阐述了如何处理MSI和MSI-X中断请求。 本文全面覆盖了PCI和PCIe的体系结构，从基本概念到高级特性，为理解这两种总线技术提供了详实的资料。