PCI總線的組成結(jié)構(gòu)

如圖1?1所示在一個(gè)處理器系統(tǒng)中，與PCI總線相關(guān)的模塊包括，HOST主橋、PCI總線、PCI橋和PCI設(shè)備。PCI總線由HOST主橋和PCI橋推出，HOST主橋與主存儲(chǔ)器控制器在同一級(jí)總線上，PCI設(shè)備可以方便地通過(guò)HOST主橋訪問(wèn)主存儲(chǔ)器，即進(jìn)行DMA操作。

值得注意的是，PCI設(shè)備的DMA操作需要與處理器系統(tǒng)的Cache進(jìn)行一致性操作，當(dāng)PCI設(shè)備通過(guò)HOST主橋訪問(wèn)主存儲(chǔ)器時(shí)，Cache一致性模塊將進(jìn)行地址監(jiān)聽(tīng)，并根據(jù)監(jiān)聽(tīng)的結(jié)果改變Cache的狀態(tài)。

在一些簡(jiǎn)單的處理器系統(tǒng)中，可能不含有PCI橋，此時(shí)所有PCI設(shè)備都是連接在HOST主橋推出的PCI總線上，此外在一些處理器系統(tǒng)中可能含有多個(gè)HOST主橋，如在圖1?1所示的處理器系統(tǒng)中含有HOST主橋x和HOST主橋Y。

1.1.1HOST主橋

HOST主橋是一個(gè)很特別的橋片，其主要功能是隔離處理器系統(tǒng)的存儲(chǔ)器域與處理器系統(tǒng)的PCI總線域，管理PCI總線域，并完成處理器與PCI設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換。處理器與PCI設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換主要由“處理器訪問(wèn)PCI設(shè)備的地址空間”和“PCI設(shè)備使用DMA機(jī)制訪問(wèn)主存儲(chǔ)器”這兩部分組成。

為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，下文將處理器系統(tǒng)的存儲(chǔ)器域簡(jiǎn)稱為存儲(chǔ)器域，而將處理器系統(tǒng)的PCI總線域稱為PCI總線域，存儲(chǔ)器域和PCI總線域的詳細(xì)介紹見(jiàn)第2.1節(jié)。值得注意的是，在一個(gè)處理器系統(tǒng)中，有幾個(gè)HOST主橋，就有幾個(gè)PCI總線域。

HOST主橋在處理器系統(tǒng)中的位置并不相同，如PowerPC處理器將HOST主橋與處理器集成在一個(gè)芯片中。而有些處理器不進(jìn)行這種集成，如x86處理器使用南北橋結(jié)構(gòu)，處理器內(nèi)核在一個(gè)芯片中，而HOST主橋在北橋中。但是從處理器體系結(jié)構(gòu)的角度上看，這些集成方式并不重要。

PCI設(shè)備通過(guò)HOST主橋訪問(wèn)主存儲(chǔ)器時(shí)，需要與處理器的Cache進(jìn)行一致性操作，因此在設(shè)計(jì)HOST主橋時(shí)需要重點(diǎn)考慮Cache一致性操作。在HOST主橋中，還含有許多數(shù)據(jù)緩沖，以支持PCI總線的預(yù)讀機(jī)制。

HOST主橋是聯(lián)系處理器與PCI設(shè)備的橋梁。在一個(gè)處理器系統(tǒng)中，每一個(gè)HOST主橋都管理了一顆PCI總線樹(shù)，在同一顆PCI總線樹(shù)上的所有PCI設(shè)備屬于同一個(gè)PCI總線域。如圖1?1所示，HOST主橋x之下的PCI設(shè)備屬于PCI總線x域，而HOST主橋y之下的PCI設(shè)備屬于PCI總線y域。在這顆總線樹(shù)上的所有PCI設(shè)備的配置空間都由HOST主橋通過(guò)配置讀寫總線周期訪問(wèn)。

如果HOST主橋支持PCI V3.0規(guī)范的Peer-to-Peer數(shù)據(jù)傳送方式，那么分屬不同PCI總線域的PCI設(shè)備可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如圖1?1所示，如果HOST主橋y支持Peer-to-Peer數(shù)據(jù)傳送方式，PCI設(shè)備y01可以直接訪問(wèn)PCI設(shè)備01或者PCI設(shè)備11，而不需要通過(guò)處理器的參與。但是這種跨越總線域的數(shù)據(jù)傳送方式在PC架構(gòu)中并不常用，在PC架構(gòu)中，重點(diǎn)考慮的是PCI設(shè)備與主存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)交換，而不是PCI設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。此外在PC架構(gòu)中，具有兩個(gè)HOST主橋的處理器系統(tǒng)也并不多見(jiàn)。

在PowerPC處理器中，HOST主橋可以通過(guò)設(shè)置Inbound寄存器，使得分屬于不同PCI總線域的設(shè)備可以直接通信。許多PowerPC處理器都具有多個(gè)HOST主橋，有關(guān)PowerPC處理器使用的HOST主橋詳見(jiàn)第2.2節(jié)。