PCIExpress总线技术的研究及其应用.docVIP

　　PCI Express总线技术的研究及其应用 　　　　　　　 1.引言 　　未来计算机系统对带宽和扩展性的要求，已经远远超过第二代总线并行多挂结构所具备的能力。微处理器、海量存储器、通讯、输入/输出信号处理及其他数据处理的数据吞吐量现以KMbps来衡量，并且还在不断的提高。PCI总线日益成为高速系统与外设之间数据交换的瓶颈，PCI总线的带宽有限性及扩展局限性也日益显现出来，这些诸多不足已经越来越不能满足计算机系统实际应用的需求。 2.PCI/PCI-X性能瓶颈分析 PCI总线技术自上个世纪90年代初期开始至今已为我们服务了十年有余，在这10多年中它的发展步伐相对来说是缓慢的，现行的并行PCI/PCI-X总线技术主要受到以下几方面性能限制它的数据传输速度33MB/s发展到64位的266MB/s，根本不能满足复杂多媒体数据实时传输的需求它不能随着主频的提高或者电压的降低而灵活调整传输速；它的同步时钟数据传输受单一上升沿限制，而信号路由规则又受到经济的FR4技术的制约，接口引脚过多，不利于将来发展。所有这些限制都促使建立一个更高带宽、通用的I/O总线。实现了传输方式从并行到串行的转变采用点对点的串行连接方式，这个和以前的并行通道大为不同，它允许和每个设备建立独立的数据传输通道不用再向整个系统请求带宽，这样也就轻松的到达了其他接口设备可望而不可及的高带宽PCI Express接口根据总线接口对位宽的要求不同而有所差异，分为PCI Express1X、2X、4X、8X、16X甚至32X。由此PCI Express的接口长短也不同。1X最小，往上侧越大。同时PCI Express不同接口还可以向下兼容其他PCI Express小接口的产品。即PCI Express4X的设备可以插在PCI Express8X或16X上进行工作。PCI Express总线技术的优势 与传统的PCI/PCI-X总线相比，PCI Express总线的功能更加明显、更具优势： 1）性能PCI Express技术不需要像PCI总线那样在主板上布大量的数据线（PCI使用32或64条平行线传输数据），只需要从芯片组中引出很少的引脚与PCI相比，PCI Express总线的线数量减少了将近75%，但是却具有比现在的PCI高的多的带宽和传输速度，另外在配置的灵活性方面PCI Express也优于PCILVDS）传输，抗干扰能力强，能满足高频传输的需要； 3）实现双通道传输模式，允许在一个周期内同时发送和接收数据，拥有较高的传输效率；在数据传输模式上，PCI Express总线采用独特的双通道传输模式，类似于全双工模式，大大提高了数据速度。在传输速度上，1.0版本的PCI Express将从每个信道单方向2.5Gbps的传输速率起步，而它在物理层上提供的1～32速可选信道带宽特性更使其可以轻松实现近乎无限的扩展传输能力。多种连接方式:与PCI不同，PCI Express总线能够延伸到系统之外，采用专用线缆可将各种外设直接与系统内的PCI Express总线连接在一起。这样可以允许开发商生产出能够与主系统脱离的高性能的存储控制器，不必再担心由于改用FireWire或USB等其它接口技术而使存储系统的性能受到影响。8b/10b编码的内嵌时钟技术，时钟信息被直接写入数据流中，解决了高频传输中的时钟同步问题； 6）跨平台的兼容性：PCI Express最大的优点之一就是它的跨平台兼容性。现在的符合PCI 2.3规范的板卡将可以在低带宽的PCI Express插槽上使用。采用了点到点的连接技术PCI Express在每个设备都有自己专用的连接，不需要向共享总线请求带宽。更加直白的说，PCI Express的目标就是要实现芯片之间的I/O连接、扩展板卡（比如显卡、声卡）的连接，甚至还能提供USB 接口、IEEE 1394接口的连接支持。PCI Express技术必将使计算机的I/O性能迈上一个新的台阶。 5.PCI Express 体系结构 PCI Express的基本结构包括根组件（Root Complex）、交换器（Switch）和各种终端设备（Endpoint）根组件可以集成在北桥芯片中，用于处理器和内存子系统与I/O设备之间的连接，而交换器的功能通常是以软件形式提供的，它包括两个或更多的逻辑PCI到PCI的连接桥（PCI-PCI Bridge），以保持与现有PCI兼容　PCI Express体系结构采用分层设计，就像网络通信中的七层OSI结构一样，这样利于跨平台的应用。PCI-Express体系结构如图所示。它共分为四层，从下到上分别为：物理层（Physical Layer）、数据链路层（Link Layer）、处理层（Transaction Layer）和软件层（Soft