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PCIE 知识笔记
作者 Felix
整理 千纸鹤

目录
PCIE 知识笔记 ......................................................................................................................... 1
第 1 章 PCI、PCIX、PCIE、CPCI 介绍 ..................................................................................... 5
第 2 章 PCIe 简介 ..................................................................................................................... 7
第 3 章 PCI 总线基本概念 ....................................................................................................... 9
第 4 章 一个典型的 PCI 总线周期 ........................................................................................ 11
第 5 章 PCI 总线中的 Reflected-Wave Signaling ................................................................... 13
第 6 章 PCI 总线的三种传输模式 ......................................................................................... 14
第 7 章 PCI 总线的中断和错误处理 ..................................................................................... 16
第 8 章 PCI 总线的地址空间分配 ......................................................................................... 19
第 9 章 PCI 总线配置周期产生和配置寄存器 ..................................................................... 20
第 10 章 66MHz 的 PCI 总线与其技术瓶颈 ......................................................................... 22
第 11 章 PCI-X 总线基本概念................................................................................................ 23
第 12 章 PCIe 总线基本概念 ................................................................................................. 26
第 13 章 PCIe 总线怎样做到在软件上兼容 PCI 总线 .......................................................... 28
第 14 章 PCIe 总线体系结构入门 ......................................................................................... 31
第 15 章 PCIe 总线事务层入门 ............................................................................................. 34
第 16 章 PCIe 总线数据链路层入门 ..................................................................................... 42
第 17 章 PCIe 总线物理层入门 ............................................................................................. 43
第 18 章 一个 Memory Read 操作的例子 ............................................................................ 46
第 19 章 BDF 与配置空间...................................................................................................... 48
第 20 章 配置空间的读写机制 ............................................................................................. 51
第 21 章 Type0&Type1 型 Request ....................................................................................... 52
第 22 章 Memory&IO 地址空间 ............................................................................................ 55
第 23 章 基地址寄存器(BAR)详解 .................................................................................. 56
第 24 章 Base & Limit 寄存器详解 ........................................................................................ 59
第 25 章 TLP 路由基础 .......................................................................................................... 63
第 26 章 TLP 路由之 ID Routing ............................................................................................ 67
第 27 章 TLP 路由之 Address Routing ................................................................................... 68
第 28 章 TLP 路由之 Implicit Routing .................................................................................... 70
第 29 章 TLP Header 详解...................................................................................................... 71

第 30 章 Flow Control 基础 ................................................................................................... 92
第 31 章 Quality of Service 简介 ............................................................................................ 99
第 32 章 DLLP 详解 .............................................................................................................. 102
第 33 章 Ack/Nak 机制详解 ................................................................................................ 107
第 34 章 8B/10B Encode/Decode 详解 ............................................................................... 119
第 35 章 物理层逻辑部分基础 ........................................................................................... 126
第 36 章 链路初始化与训练基础 ....................................................................................... 137
第 37 章 物理层电气部分基础 ........................................................................................... 148
第 38 章 理解 SerDes ........................................................................................................... 155
1. SerDes 的价值 ............................................................................................................... 156
2. SerDes 结构(architecture) ............................................................................................. 159
3.抖动和信号集成( Jitter, SI ) ........................................................................................... 172
4.信号集成(SI)及仿真 ....................................................................................................... 176
5. 结尾 .............................................................................................................................. 178
第 39 章 Lattice ECP3/ECP5 SerDes 简介 ............................................................................ 178
第 40 章 PCIe 错误定义与分类 ........................................................................................... 181
第 41 章 PCIe 错误检测机制 ............................................................................................... 183
第 42 章 PCIe 错误源详解 ................................................................................................... 186
第 43 章 PCIe 错误报告机制 ................................................................................................ 191
第 44 章 高级错误报告 AER ................................................................................................ 196
第 45 章 两种中断传递方式 ............................................................................................... 201
第 46 章 中断机制介绍(INTx) ........................................................................................ 203
第 47 章 中断机制介绍(MSI) ......................................................................................... 208
第 48 章 中断机制介绍(MSI-X) ..................................................................................... 212
第 49 章 复位机制介绍(Fundamental & Hot) ............................................................... 215
第 50 章 复位机制介绍(FLR) ......................................................................................... 218
第 50 章 热插拔简要介绍 ................................................................................................... 220
第 51 章 PCI Express 物理层接口(PIPE) ......................................................................... 223
第 52 章 弹性缓存(Elastic Buffer/ CTC Buffer) .............................................................. 225
第 53 章 PCIe 配置空间寄存器快速定位表 ....................................................................... 227
第 54 章 Power Management 概述 ..................................................................................... 228
第 55 章 PCIe 卡 Spec(CEM)导读 ................................................................................... 237

第 56 章 PCIe 总线性能评估(有效数据速率估算) ....................................................... 244
第 57 章 PCIe 中的 Crosslink 与 Multi-Root/Multi-Processor 系统.................................... 250
第 58 章 关于 PCIe 参考时钟的讨论 .................................................................................. 252
第 59 章 扩频时钟(SSC)概念以及 Lattice FPGA 对扩频时钟的支持 ........................... 256
第 60 章 128/130b 编码详解 .............................................................................................. 262
第 61 章 PCIe V1.1/V2.1/V3.0 Changes Overview ............................................................... 265
参考文献 ............................................................................................................................... 274

第 1 章 PCI、PCIX、PCIE、CPCI 介绍
1. PCI
PCI,外设组件互连标准(Peripheral Component Interconnection),是一种由英
特尔(Intel)公司 1991 年推出的用于定义局部总线的标准。此标准允许在计算
机内安装多达 10 个遵从 PCI 标准的扩展卡。最早提出的 PCI 总线工作在 33MHz
频率之下,传输带宽达到 133MB/s(33MHz * 32bit/s),基本上满足了当时处理器
的发展需要。随着对更高性能的要求,1993 年又提出了 64bit 的 PCI 总线,后来
又提出把 PCI 总线的频率提升到 66MHz。目前(注:此文写的时间比较早)广
泛采用的是 32-bit、33MHz 的 PCI 总线,64bit 的 PCI 插槽更多是应用于服务器
产品。从结构上看,PCI 是在 CPU 和原来的系统总线之间插入的一级总线,具
体由一个桥接电路实现对这一层的管理,并实现上下之间的接口以协调数据的传
送。管理器提供信号缓冲,能在高时钟频率下保持高性能,同时为显卡,声卡,
网卡,MODEM 等设备提供连接接口,工作频率为 33MHz/66MHz。
PCI 总线系统要求有一个 PCI 控制卡,它必须安装在一个 PCI 插槽内。这种
插槽是目前主板带有最多数量的插槽类型,在当前流行的台式机主板上,ATX 结
构的主板一般带有 5~6 个 PCI 插槽,而小一点的 MATX 主板也都带有 2~3 个
PCI 插槽。根据实现方式不同,PCI 控制器可以与 CPU 一次交换 32 位或 64 位数
据,它允许智能 PCI 辅助适配器利用一种总线主控技术与 CPU 并行地执行任务。
PCI 允许多路复用技术,即允许一个以上的电子信号同时存在于总线之上。
由于 PCI 总线只有 133MB/s 的带宽,对声卡、网卡、视频卡等绝大多数输
入/输出设备显得绰绰有余,但对性能日益强大的显卡则无法满足其需求。Intel 在
2001 年春季的 IDF 上,正式公布了旨在取代 PCI 总线的第三代 I/O 技术,该规
范由 Intel 支持的 AWG(Arapahoe Working Group)负责制定。2002 年 4 月 17 日,
AWG 正式宣布 3GIO1.0 规范草稿制定完毕,并移交 PCI-SIG(PCI 特别兴趣小
组,PCI-Special Interest Group)进行审核。开始的时候大家都以为它会被命名为
Serial PCI(受到串行 ATA 的影响),但最后却被正式命名为 PCI Express,Express
意思是高速、特别快的意思。
2002 年 7 月 23 日,PCI-SIG 正式公布了 PCI Express 1.0 规范,并于 2007
年初推出 2.0 规范(Spec 2.0),将传输率由 PCI Express 1.1 的 2.5GB/s 提升到
5GB/s。
2. PCIX
PCI-X 接口是并连的 PCI 总线的更新版本,仍采用传统的总线技术,不过有
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