PCIe总线解析:从并行到高速差分的革命
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更新于2024-09-08
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本文档提供的是关于PCIE基础知识的介绍,涵盖了PCIExpress(PCIe)总线的基本概念、特点以及与传统PCI总线的区别。它强调了PCIe使用高速差分信号的优势,如更高的传输速率和更少的信号线,以及端到端的连接方式,与网络通信技术的融合,如数据路由、多通路数据传递和报文传输。此外,还阐述了PCIe的层次结构,类似于网络协议栈,以及端到端数据传递的工作原理。
PCIe总线的详细介绍:
PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)是一种高速接口标准,用于连接计算机系统中的外部设备,如显卡、网卡和硬盘。相较于传统的PCI总线,PCIe利用高速差分信号技术,极大地提高了数据传输速率和系统的整体性能。
1. 高速差分信号:PCIe总线使用差分信号代替并行信号,允许在更高频率下工作,减少信号线数量,同时提高抗干扰能力。每个差分信号由一对D+和D-信号线组成,通过比较两者的电压差来确定逻辑状态。
2. 端到端连接:与PCI总线的共享总线结构不同,PCIe采用点对点的连接方式,每条PCIe链路连接两个设备,实现独立的数据传输通道,减少了数据冲突的可能性。
3. 层次结构:PCIe总线有多个层次,类似于网络协议栈,包括物理层、数据链路层和网络层等,确保数据正确、高效地传输。发送端和接收端都有TX(发送逻辑)和RX(接收逻辑)部件,负责数据的编码、解码和错误检测。
4. 多 Lane 结构:PCIe链路可由多个Lane组成,每个Lane包含一对差分信号线。增加Lane的数量可以提高总带宽,常见的配置有x1、x2、x4、x8、x16和x32,其中x1表示单个Lane,x16则代表16个Lane。
5. 数据传输和服务质量:PCIe支持多种数据路由策略,如基于多通路的数据传递和报文传输方式,能更好地管理带宽分配和服务质量(QoS),确保关键数据的优先处理。
6. AC耦合电容:在PCIe链路中,为了实现信号的交流耦合,发送端会串联一个AC耦合电容,以滤除直流成分,保持信号的稳定性。
7. 抗干扰设计:差分信号的布局要求严格,包括等长、等宽和贴近原则,以降低信号间的干扰,提高信号质量。
总结,PCIe总线通过高速差分信号、端到端连接和多层级结构,提供了比传统PCI总线更高效、更可靠的数据传输解决方案,广泛应用于现代高性能计算和数据中心环境中。理解这些基础知识对于设计和优化基于PCIe的系统至关重要。
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