PA數據鏈路解密之PCI-E總線(xiàn)

　　摘要：作為新一代的通用總線(xiàn)接口標準，PCI-Express(PCI-E)高帶寬、低延遲、可擴展、支持熱插拔等優(yōu)點(diǎn)，使其全面取代了PCI、AGP等早期總線(xiàn)。ZLG致遠電子功率分析儀的內部多個(gè)高速數據總線(xiàn)中，也包含了PCI-E。下面我們來(lái)一起認識這一接口。

　　1.1 架構

　　圖 1 框架圖

　　1、 Root Complex(RC)

　　PCI-E根控制器，集成在主處理器系統中，管理處理器與PCIE設備的連接。

　　2、 Switch

　　PCI-E交換設備，用于PCI-E總線(xiàn)的擴展。

　　3、 Bridge

　　PCI-E橋設備，用于PCI-E與其它總線(xiàn)的橋接。例如：PCIE to PCI橋。

　　4、 Endpoint(EP)

　　PCI-E終端設備，例如網(wǎng)卡等通訊板卡或其它數據采集板卡。

　　實(shí)際應用中，我們關(guān)注較多的則是此類(lèi)設備。

　　1.2 通訊

　　1、 地址映射

　　EP設備可通過(guò)配置自身PCI-E控制器，將設備內部一段內存地址映射到CPU保留地址空間。CPU通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)該映射后的地址，便可透明地讀寫(xiě)設備，而不必關(guān)心物理傳輸細節。

　　2、 直接內存訪(fǎng)問(wèn)

　　EP設備具有總線(xiàn)主控能力，即能夠主動(dòng)訪(fǎng)問(wèn)CPU地址空間。通過(guò)修改PCI-E控制器的地址映射，配合DMA控制器，可以實(shí)現無(wú)需CPU干預的數據傳輸。

　　3、 MSI(Message Signaled Interrupt)中斷

　　EP設備可以將某個(gè)特定消息寫(xiě)到特定地址，觸發(fā)一個(gè)CPU中斷。

　　1.3 枚舉

　　1、 配置空間

　　圖 2 1 配置空間

　　如圖2所示，配置空間是由EP設備定義，用于描述EP設備資源及特性的一組寄存器。在枚舉過(guò)程中，RC會(huì )掃描PCI-E總線(xiàn)上的所有設備。通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)該設備的配置空間，可以獲得加載EP設備驅動(dòng)所需的DeviceID、VendorID等信息。

　　2、 BAR(Base Address Registers)

　　EP設備可向RC請求將自身的1~6段設備地址映射到CPU的地址空間，這1~6個(gè)CPU地址由RC軟件在枚舉過(guò)程中分配并回寫(xiě)到配置空間中的BAR寄存器。

　　3、 枚舉流程

　　圖 3 枚舉流程

　　如圖3所示，CPU以一定順序掃描系統內的PCI-E總線(xiàn)，為發(fā)現的設備分配總線(xiàn)號、設備號，構建設備樹(shù)，分配地址空間并回寫(xiě)BAR。操作系統啟動(dòng)后，將根據DeviceID、VendorID找到匹配的驅動(dòng)程序并加載運行。