PCI Express技术及其接口的介绍

PCIExpress技术及其接口的介绍方清华韩宗达滑冬冬三大队七队PCIE的定义PCIExpressisaserialinterconnecttechnology,developedbythePCI-Sig(PCISpecialInterestGroup)organization,whichprovideshighbandwidthdatatransmissionwiththeaddedbenefitsofreducedboardspacerequirements,smallerconnectorsandsimplifiedPCBlayouts.PCIExpressisthethirdgenerationofmulti-purposeI/Ointerface.传统的PCI总线PCI(1.0-2.0)PCI-X(1.0-2.0)PCIExpress(1.0-3.0)PCIExpress特点(1)低开销一方面在系统级上的开销不大于现有的并行PCI总线架构，另一方面为诸如硅片、板卡、连接器等系统成分提供了更为广阔的发展空间(2)支持多市场需求和应用可以用于移动通信、桌面系统、服务器以及通信设备(3)具有稳定性、可升级性以及可扩展性可以支持未来至少10年的应用和技术，提供了诸如电源管理、QoS、HotAttache/Detach、RAS等高级特性和性能支持(4)对PCI架构及其外设的高兼容性一方面不需要对现有的各种操作系统作任何改变就可以启动系统，另一方面利用了现有的系统基础架构而不需要做任何改变PCIExpressgen1在2001年春季的Intel开发者论坛上，Intel拿出了替代PCI总线的草案，集成多种内部芯片互联的新一代I/O技术—3GI/O。依照Intel的说法，3GI/O技术将伴随未来的10年，并且可以工作在多种物理媒体上。在2002年4月，PCI-SIG和Arapahoe工作组完成了3GI/O的草案详述规范，正是命名为PCIExpress，很多分析家指责这个名字太接近于PCI-X1.0/2.0。至于服务器和工作站的未来，PCI-SIG仍然没有给出解决方案。在2002年7月，PCI-SIG董事会批准了1.0版本的PCIExpress规范，非PCI-SIG会员要花费475美元购买这份详述规范。所以在2003年还不能使用上基于PCIExpress技术的芯片组和图形芯片，最快要到2004年中期才有产品发布。PCIExpress2.0规范于2007年1月发布，在2008年进入实际应用。它在1.0版本基础上更进了一步，将端口速率提升到了5GHz，传输性能也翻了一番。PCIExpress2.0保持对现行1.0/1.1规范的兼容，旧的PCIExpress扩展卡依然可以在PCIExpress2.0规范的系统中正常运行。同样，PCIExpress2.0扩展设备也可以工作在1.0的系统中，只不过此时设备必须工作在1.0兼容模式下。PCIExpressgen2PCIExpress3.0规范于2010年11月份公布。工作在8GHZ频率上，取消了8b/10b编码，引入了包括信号强化，数据完整性，传输接收均衡，PLL改善，时脉数据恢复和通用扩展等多项技术。PCIExpressgen3功能与性能参数的比较FeaturePCIEGen1PCIEGen2PCIEGen3Signalingrate2.5GT/s5GT/s8GT/sEncoding8b/10b8b/10b128b/130bEffectivebandwidth2Gb/s4Gb/s8Gb/sBittiming---200ps125psChanneldistantclient---14’’14’’Channeldistantserver---20’’20’’PCIExpress拓扑结构PCIExpress拓扑结构PCIExpress在总线技术与结构上实现了新的飞跃，提供高速的、高性能的、点到点的、双单工的、串行、差分信号链路来互连设备。PCIExpress系统中以链路进行两个PCIExpress设备间的连接，每条链路点到点的互连两个设备。一条链路相当于一条只挂一个设备的总线。在数据发送和接收的过程中，每个数据字节实际上是被转换为10位的符号发送的，以保证所有的符号都含有信号电平的跳变，因为链路上没有时钟信号，接收器使用PLL从进入位流的0-1和1-0的跳变中恢复时钟，但发送一个字节数据的开销附加了25%的开销。PCIExpress1.0规范支持通路中每个方向上发送/接收速率为2.5GBps，乘以2为，乘以通路数，除以10位/字节，可计算出各种链路宽度的总的带宽。PCIExpress设备层次PCIExpress设备层次视频采集系统中的PCIExpress接口该系统以FPGA为控制核心，对输入的PAL制视频流进行实时采集，传送给计算机的接口芯片，并用PCIExpress总线将数据传输至计算机，接口芯片采用PLX公司的PEX8111。目前适宜PCIExpress总线接口开发的两种方法1．采用可编程逻辑器件这种方法是用符合PCIExpress总线规范的FPGA来做。这样做也有两种选择：一是购买IP核，几乎所有的可编程器件生产厂商都提供经过严格测试的PCIExpress接口功能模块，由用户进行简单的组合设计即可。用户可以根据应用的需要来裁剪IP核，并与相关应用电路一起烧入FPGA中。另一种方法是采用CPLD或FPGA等可编程逻辑器件自行编写，实现PCIExpress接口。2．采用专用接口芯片采用PCIExpress总线专用接口芯片，如PLX公司的PEX8111和PEX8112等，设计者不需花大量的精力去了解PCIExpress总线的详细工作机理，也不用考虑PCIExpress接口芯片的具体构造，而只需要把精力集中于整个硬件系统的设计上PEX8111PEX8111相当于PCIExpress总线和PCI总线之间的一座桥，将PCIExpress指令翻译到PCI端。PEX8111的所有功能操作都是通过修改其内部寄存器来进行。PEX8111配备了标准的PCIExpress端口，单一的x1链接，传输数据吞吐量，可达1GBps。信号传输使用的LVDS技术，提供最高的带宽，尽可能低引脚数。PEX8111(1)PCIExpress接口：1)每个方向的传输速率8GBps；2)单通道和单虚通道；3)分组序列交换数据；4)数据链路层循环冗余校验(CRC校验)发生器和检查；5)集成的低电压差分驱动器；6)128b/130b编码信号；7)带中断；8)支持信号中断(MSI)；(2)PCI接口：1)PCIr3.0兼容32位，66MHz的PCI总线；2)PCI主设备的PCIExpress控制器可控制的PCI目标设备；3)目标的PCI控制器：可实现全面的透明访问的PCIExpress资源；允许内存映射访问共享RAM和配置寄存器；4)内部的PCI仲裁器，支持多达4外部PCI；5)电源管理寄存器和支持PCI接口的PME#信号；6)支持信息信号中断(MSI)；谢谢