PCI總線的存儲器讀寫總線事務

PCI總線使用單端并行數(shù)據(jù)線，采用地址譯碼方式進行數(shù)據(jù)傳遞，而采用ID譯碼方式進行配置信息的傳遞。其中地址譯碼方式使用地址信號，而ID譯碼方式使用PCI設備的ID號，包括Bus Number、Device Number、Function Number和Register Number。下文將以圖1?1中的處理器系統(tǒng)為例，簡要介紹PCI總線支持的總線事務及其傳送方式。

如表1?2所示，PCI總線支持多種總線事務。而本節(jié)重點介紹存儲器讀寫總線事務，I/O讀寫總線事務，并在第2.4節(jié)詳細介紹配置讀寫總線事務。值得注意的是，PCI設備只有在系統(tǒng)軟件初始化配置空間之后，才能夠被其他主設備訪問。

當PCI設備的配置空間被初始化之后，該設備在當前的PCI總線樹上將擁有一個獨立的PCI總線地址空間，即BAR((Base Address Register)寄存器所描述的空間，有關(guān)BAR寄存器的詳細說明見第2.3.2節(jié)。

處理器與PCI設備進行數(shù)據(jù)交換，或者PCI設備之間進行存儲器數(shù)據(jù)交換時，都將通過PCI總線地址完成。而PCI設備與主存儲器進行DMA操作時，使用的也是PCI總線域的地址，而不是存儲器域的地址，此時HOST主橋?qū)⑼瓿蒔CI總線地址到存儲器域地址的轉(zhuǎn)換，不同的HOST主橋進行地址轉(zhuǎn)換時使用的方法并不相同。

PCI總線的配置讀寫總線事務與HOST主橋與PCI橋相關(guān)，因此讀者需要了解HOST主橋和PCI橋的詳細實現(xiàn)機制之后，才能深入理解這部分內(nèi)容。本篇將在第2.4節(jié)詳細介紹這些內(nèi)容。在下文中，我們假定所使用的PCI設備的配置空間已經(jīng)被系統(tǒng)軟件初始化。

PCI總線支持以下幾類存儲器讀寫總線事務。

(1)HOST處理器對PCI設備的BAR空間進行數(shù)據(jù)讀寫，BAR空間可以使用存儲器或者I/O譯碼方式。HOST處理器使用PCI總線的存儲器讀寫總線事務和I/O讀寫總線事務訪問PCI設備的BAR空間。

(2)PCI設備之間的數(shù)據(jù)傳遞。在PCI總線上的兩個設備可以直接通信，如一個PCI設備可以訪問另外一個設備的BAR空間。不過這種數(shù)據(jù)傳遞在PC處理器系統(tǒng)中，較少使用。

(3)PCI設備對主存儲器進行讀寫，即DMA讀寫操作。DMA讀寫操作在所有處理器系統(tǒng)中都較為常用，也是PCI總線數(shù)據(jù)傳送的重點所在。在多數(shù)情況下，DMA讀寫操作結(jié)束后將伴隨著中斷的產(chǎn)生。PCI設備可以使用INTA#、INTB#、INTC#和INTD#信號提交中斷請求，也可以使用MSI機制提交中斷請求。

1.3.1PCI總線事務的時序

PCI總線使用第1.2節(jié)所述的信號進行數(shù)據(jù)和配置信息的傳遞，一個PCI總線事務的基本訪問時序如圖1?3所示，與PCI總線事務相關(guān)的控制信號有FRAME#、IRDY#、TRDY#、DEVSEL#等其他信號。

當一個PCI主設備需要使用PCI總線時，需要首先發(fā)送REQ#信號，通過總線仲裁獲得總線使用權(quán)，即GNT#信號有效后，使用以下步驟完成一個完整PCI總線事務，對目標設備進行存儲器或者I/O地址空間的讀寫訪問。

(1)當PCI主設備獲得總線使用權(quán)之后，將在CLK1的上升沿置FRAME#信號有效，啟動PCI總線事務。當PCI總線事務結(jié)束后，F(xiàn)RAME#信號將被置為無效。

(2)PCI總線周期的第一個時鐘周期(CLK1的上升沿到CLK2的上升沿之間)為地址周期。在地址周期中，PCI主設備將訪問的目的地址和總線命令分別驅(qū)動到AD[31:0]和C/BE#信號上。如果當前總線命令是配置讀寫，那么IDSEL信號線也被置為有效，IDSEL信號與PCI總線的AD[31:11]相連，詳見第2.4.4節(jié)。

(3)當IRDY#、TRDY#和DEVSEL#信號都有效后，總線事務將使用數(shù)據(jù)周期，進行數(shù)據(jù)傳遞。當IRDY#和TRDY#信號沒有同時有效時，PCI總線不能進行數(shù)據(jù)傳遞，PCI總線使用這兩個信號進行傳送控制。

(4)PCI總線支持突發(fā)周期，因此在地址周期之后可以有多個數(shù)據(jù)周期，可以傳送多組數(shù)據(jù)。而目標設備并不知道突發(fā)周期的長度，如果目標設備不能繼續(xù)接收數(shù)據(jù)時，可以disconnect當前總線事務。值得注意的是，只有存儲器讀寫總線事務可以使用突發(fā)周期。

一個完整的PCI總線事務遠比上述過程復雜的多，因為PCI總線還支持許多傳送方式，如雙地址周期、fast back-to-back(快速背靠背)、插入等待狀態(tài)、重試和斷連、總線上的錯誤處理等一系列總線事務。本篇不一一介紹這些傳送方式。

1.3.2Posted和Non-Posted傳送方式

PCI總線規(guī)定了兩類數(shù)據(jù)傳送方式，分別是Posted和Non-Posted數(shù)據(jù)傳送方式。其中使用Posted數(shù)據(jù)傳送方式的總線事務也被稱為Posted總線事務；而使用Non-Posted數(shù)據(jù)傳送方式的總線事務也被稱為Non-Posted總線事務。

其中Posted總線事務指PCI主設備向PCI目標設備進行數(shù)據(jù)傳遞時，當數(shù)據(jù)到達PCI橋后，即由PCI橋接管來自上游總線的總線事務，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到下游總線。采用這種數(shù)據(jù)傳送方式，在數(shù)據(jù)還沒有到達最終的目的地之前，PCI總線就可以結(jié)束當前總線事務，從而在一定程度上解決了PCI總線的擁塞。

而Non-Posted總線事務是指PCI主設備向PCI目標設備進行數(shù)據(jù)傳遞時，數(shù)據(jù)必須到達最終目的地之后，才能結(jié)束當前總線事務的一種數(shù)據(jù)傳遞方式。

顯然采用Posted傳送方式，當這個Posted總線事務通過某條PCI總線后，就可以釋放PCI總線的資源；而采用Non-Posted傳送方式，PCI總線在沒有結(jié)束當前總線事務時必須等待。這種等待將嚴重阻塞當前PCI總線上的其他數(shù)據(jù)傳送，因此PCI總線使用Delayed總線事務處理Non-Posted數(shù)據(jù)請求，使用Delayed總線事務可以相對緩解PCI總線的擁塞。Delayed總線事務的詳細介紹見第1.3.5節(jié)。

PCI總線規(guī)定只有存儲器寫請求(包括存儲器寫并無效請求)可以采用Posted總線事務，下文將Posted存儲器寫請求簡稱為PMW(Posted Memory Write)，而存儲器讀請求、I/O讀寫請求、配置讀寫請求只能采用Non-Posted總線事務。