1、第第10章章 微型计算机总线微型计算机总线 10.1 总线技术概述总线技术概述 10.2 ISA总线总线 10.3 PCI总线与总线与PCI-Express总线总线 10.4 USB总线总线 10.1 总线技术概述总线技术概述 10.1.1 总线的标准总线的标准 总线标准主要包括以下几个部分总线标准主要包括以下几个部分：机械结构规范机械结构规范：模块尺寸、总线插头、边沿联接器模块尺寸、总线插头、边沿联接器插座等规格及位置。插座等规格及位置。性能规范性能规范：总线每根线（引脚）信号名称与功能，总线每根线（引脚）信号名称与功能，它们相互作用的协议（例如定时关系）。它们相互作用的协议（例如定时关系）
2、。电气规范电气规范：每根信号线工作时的有效电平、动态转每根信号线工作时的有效电平、动态转换时间、负载能力、各电气性能的额定值及最大值。换时间、负载能力、各电气性能的额定值及最大值。10.1.2 总线的指标总线的指标1.总线宽度总线宽度 同时传输的数据位数同时传输的数据位数 位数越多，一次传输的信息就越多位数越多，一次传输的信息就越多 ISA总线宽度总线宽度16位，位，EISA:16位，位，PCI:32位，位，PCI-2:64位。位。2.总线频率总线频率 总线通常都有一个基本时钟，总线上其他信号都以这个总线通常都有一个基本时钟，总线上其他信号都以这个时钟为基准时钟为基准 这个时钟的频率也是总线工
3、作的最高频率。时钟的频率这个时钟的频率也是总线工作的最高频率。时钟的频率越高，单位时间内传输的数据量就越大。越高，单位时间内传输的数据量就越大。ISA总线、总线、EISA总线的时钟频率为总线的时钟频率为8MHz，PCI总线为总线为33.3MHz，PCI-总线总线2可达可达66MHz。3.总线带宽与总线数据传输速率总线带宽与总线数据传输速率带宽带宽：总线上单位时间内传输信息的总量，等于总线宽度总线上单位时间内传输信息的总量，等于总线宽度乘上总线频率。乘上总线频率。B（ISA）=2(字节数据宽字节数据宽)8(MHz)=16MB/sB（PCI）=4(字节数据宽字节数据宽)33.3(MHz)=133M
4、B/s数据传输速率数据传输速率：总线上单位时间内传输数据信号的总量，：总线上单位时间内传输数据信号的总量，等于带宽除以每个数据传输使用的总线周期数。等于带宽除以每个数据传输使用的总线周期数。数据传输速率数据传输速率(ISA)=16MB/s 2=8MB/s 数据传输速率数据传输速率(PCI)=133MB/s 1=133MB/s10.1.3 总线的分类总线的分类1.系统总线系统总线初期微型计算机的结构比较简单，它的总线连接初期微型计算机的结构比较简单，它的总线连接了微处理器、存储器、接口电路和输入了微处理器、存储器、接口电路和输入/输出设备，输出设备，构成了完整的构成了完整的“计算机系统计算机系统
5、”，这样的总线称为，这样的总线称为“系统总线系统总线”。这种系统总线实际上就是微处理器芯片总线（片这种系统总线实际上就是微处理器芯片总线（片内总线）的延伸。内总线）的延伸。图图1010-12 局部总线局部总线大量设备连接到系统总线上时大量设备连接到系统总线上时:“争用争用”总线的可能性增加，容易产生数据传输总线的可能性增加，容易产生数据传输“瓶瓶颈效应颈效应”，总线性能下降，总线性能下降 总线连接设备多，负载重，也会增加传输延迟总线连接设备多，负载重，也会增加传输延迟为了解决这个矛盾，在为了解决这个矛盾，在CPU高速外设之间增加了一条高速外设之间增加了一条直接通路，该通路称为直接通路，该通路称
6、为“局部总线局部总线”使用局部总线后，系统内有多条不同级别的总线，形使用局部总线后，系统内有多条不同级别的总线，形成了成了“分级总线结构分级总线结构”。不同传输要求的设备不同传输要求的设备“分类分类”连接在不同性能的总线连接在不同性能的总线上，合理地分配系统资源，满足不同设备的不同需要。上，合理地分配系统资源，满足不同设备的不同需要。局部总线信号独立于局部总线信号独立于CPU,处理器的更换不会影响系处理器的更换不会影响系统结构。统结构。3.通信总线（外总线）通信总线（外总线）通信总线又称为外总线，用于微机系统与微机系统，通信总线又称为外总线，用于微机系统与微机系统，微机与外部设备（如打印机、硬
7、盘设备）、仪器仪表微机与外部设备（如打印机、硬盘设备）、仪器仪表之间的通信通道。之间的通信通道。这种总线的数据传输可以是并行的（如打印机），也这种总线的数据传输可以是并行的（如打印机），也可以是串行的，数据传输速率低于系统内部的总线。可以是串行的，数据传输速率低于系统内部的总线。有多种不同的通信总线标准，例如，串行通信的有多种不同的通信总线标准，例如，串行通信的RS232C、USB总线，用于硬磁盘接口的总线，用于硬磁盘接口的IDE、SCSI总线，用于连接仪器仪表的总线，用于连接仪器仪表的IEE-488、VXI，用于并用于并行打印机的行打印机的Centronics等。等。10.1.4 10.1.
8、4 总线的数据传输总线的数据传输信息是在两个或两个以上模块（或称为设备）之间传信息是在两个或两个以上模块（或称为设备）之间传送的送的传送信息的主动方称为主模块，传送信息的被动方称传送信息的主动方称为主模块，传送信息的被动方称为从模块。为从模块。除了特殊情况外，信息的传送都是在主模块与一个从除了特殊情况外，信息的传送都是在主模块与一个从模块之间进行。模块之间进行。总线上同一时刻仅有一个主模块占用着总线。总线上同一时刻仅有一个主模块占用着总线。1.总线数据传输的过程总线数据传输的过程一次总线传输过程划分为若干阶段：一次总线传输过程划分为若干阶段：总线申请与总线裁决总线申请与总线裁决:主模块申请总线
9、，以便取得总主模块申请总线，以便取得总线的控制权。线的控制权。多个主模块同时申请总线使用权时，根据某种算法作多个主模块同时申请总线使用权时，根据某种算法作出裁定，把总线的控制权赋予某个设备，这一任务由出裁定，把总线的控制权赋予某个设备，这一任务由总线控制器完成。总线控制器完成。寻址寻址:主模块取得总线控制权后，由该模块进行寻址主模块取得总线控制权后，由该模块进行寻址（目的地址），通知被访问的从模块进行信息传输。（目的地址），通知被访问的从模块进行信息传输。传送数据传送数据:根据读写方式确定信息流向，一次传输可根据读写方式确定信息流向，一次传输可以传送一个数据，也可以传送多个数据。以传送一个数据
10、，也可以传送多个数据。错误检测错误检测 2.总线传输的定时方式总线传输的定时方式在总线上进行信息传送必须使得信息传送双方在总线上进行信息传送必须使得信息传送双方（主与从）相互同步。（主与从）相互同步。每一位的信息从什么时间开始每一位的信息从什么时间开始 每一个数据从哪一位开始每一个数据从哪一位开始 每一个数据块从哪一个数据开始每一个数据块从哪一个数据开始有三种定时方法：有三种定时方法：同步传输同步传输 异步传输异步传输 半同步传输半同步传输（1）同步传输）同步传输信息传送在一个公共时钟的控制下进行信息传送在一个公共时钟的控制下进行总线所有事件都在时钟周期的开始时发生，而不是由总线所有事件都在时
11、钟周期的开始时发生，而不是由发送方或接收方决定。发送方或接收方决定。同步方式要求总线上的所有设备都能按照严格的时间同步方式要求总线上的所有设备都能按照严格的时间关系实施数据传输。关系实施数据传输。（2）异步传输）异步传输 为了能用不同速度的模块组成系统，有时也采用异步方式为了能用不同速度的模块组成系统，有时也采用异步方式控制数据传输。控制数据传输。异步传输没有统一的时钟信号，它通过一对握手异步传输没有统一的时钟信号，它通过一对握手（Handshaking）信号线（请求信号线（请求Request，响应响应Acknowledge）在发送方和接收方之间进行联络。在发送方和接收方之间进行联络。主设备发
12、出传输请求，从设备准备就绪后发出应答信号，主设备发出传输请求，从设备准备就绪后发出应答信号，此后传输开始。此后传输开始。异步方式的数据传输时间随着设备响应速度的不同而变化。异步方式的数据传输时间随着设备响应速度的不同而变化。CPU对存储器传统的读写是一种异步传输方式。对存储器传统的读写是一种异步传输方式。CPU（主模块）将存储器地址放到地址总线上，发出读信号。主模块）将存储器地址放到地址总线上，发出读信号。存储器从模块识别地址，在延迟若干时间后，将数据和应存储器从模块识别地址，在延迟若干时间后，将数据和应答信号放到总线上。答信号放到总线上。异步传输下的读传输时序异步传输下的读传输时序图图101
13、0-2（3）半同步传输）半同步传输进行半同步传输时，各信号仍以公共时钟为基准，数进行半同步传输时，各信号仍以公共时钟为基准，数据的开始时间由时钟信号和握手信号共同确定。据的开始时间由时钟信号和握手信号共同确定。总线上各操作之间的时间间隔可以变化，但仅允许为总线上各操作之间的时间间隔可以变化，但仅允许为公共时钟周期的整数倍。公共时钟周期的整数倍。半同步方式在同步的前提下，允许设备的某些不一致半同步方式在同步的前提下，允许设备的某些不一致性，具有较大的灵活性，因此得到了广泛的使用。性，具有较大的灵活性，因此得到了广泛的使用。ISA总线属于这种类型。总线属于这种类型。3.数据传输类型数据传输类型总线
14、上的数据传输有单周期方式和突发数据传输总线上的数据传输有单周期方式和突发数据传输（Burst）两种方式。两种方式。单周期方式在获得一次总线使用权后只能传送一个数单周期方式在获得一次总线使用权后只能传送一个数据，如果需要传输多个数据，就要多次申请使用总线。据，如果需要传输多个数据，就要多次申请使用总线。突发方式下，获得一次总线使用权可以连续进行多个突发方式下，获得一次总线使用权可以连续进行多个数据的传输：数据的传输：寻址阶段主设备发送数据块的首地址，寻址阶段主设备发送数据块的首地址，后续的数据在首地址的基础上按一定的规则（如自动后续的数据在首地址的基础上按一定的规则（如自动加加1）寻址。）寻址。
15、这种传输方式总线的利用率高这种传输方式总线的利用率高 PCI总线支持突发数据传输方式。总线支持突发数据传输方式。4.错误检测错误检测由于外界或者自身存在着各种随机出现的干扰因素，由于外界或者自身存在着各种随机出现的干扰因素，总线上传输的信息可能产生错误。总线上传输的信息可能产生错误。需要错误检测电路发现或纠正出现的错误，由专用需要错误检测电路发现或纠正出现的错误，由专用的总线信号来报告出现的错误。的总线信号来报告出现的错误。最常用也是最简单的错误检测方法是奇偶校验。最常用也是最简单的错误检测方法是奇偶校验。总线进行高速和大批量信息传输时，常采用循环冗总线进行高速和大批量信息传输时，常采用循环冗
16、余校验（余校验（Cycle Redundancy Checking,CRC）的错的错误校验方式。误校验方式。10.2 ISA总线总线 ISA（Industrial Standard Architecture,工业标准体工业标准体系结构）总线起源于系结构）总线起源于IBM-PC微型计算机的出现。微型计算机的出现。ISA 插槽由基本的插槽由基本的62线线8位插槽和扩展的位插槽和扩展的36线插槽两线插槽两部分组成。部分组成。ISA总线主要的性能指标：总线主要的性能指标：24位地址线，可直接寻址的内存容量为位地址线，可直接寻址的内存容量为16MB，I/O地地址空间址空间0100H03FFH；8/16位
17、数据线，位数据线，62+36引脚；引脚；工作频率工作频率8MHz，带宽带宽16MB/s，数据传输速率数据传输速率8MB/s；中断功能及中断功能及DMA功能；功能；BCLKOSCRESET总线基本信号SA19SA0BALEAENSMEMRSMEMWIORIOWDACK3DACK1T/C总线访问信号总线控制信号LA23LA17SBHEMEMRMEMWDACK7DACK5DACK0MASTER总线访问信号总线控制信号SD7SD0I/OCHRDYI/OCHCKNOWSIRQ7IRQ3DRQ3DRQ1SD15SD8MEMCS16IOCS16IRQ(15、14、12)IRQ9DRQ7DRQ5、DRQ0总线
18、访问信号总线控制信号总线访问信号总线控制信号10.2.1 ISA总线信号总线信号 10.2.2 ISA总线扩展卡总线扩展卡由于由于ISA总线的开放特性，许多厂商设计制造了各种总线的开放特性，许多厂商设计制造了各种ISA总线的总线的I/O接口，比如接口，比如AD数据采集卡。数据采集卡。为了避免地址发生冲突，为了避免地址发生冲突，ISA卡设计时采用跳线开关卡设计时采用跳线开关（switch），），允许对卡的允许对卡的I/O起始地址（起始地址（BASE）进行进行选择。选择。图图10-4为为ISA PCL818接口卡的部分地址设定。用户接口卡的部分地址设定。用户必须自己调整好必须自己调整好switch
19、，使使BASE位于所使用计算机位于所使用计算机I/O的空闲位置，然后根据的空闲位置，然后根据BASE地址访问该地址访问该ISA卡各卡各种资源。种资源。图图10-410.3 PCI总线与总线与PCI-Express总线总线 PCI总线的英文全称是总线的英文全称是 Peripheral Component Interconnect，即外部设备互连。即外部设备互连。1991年下半年首先由年下半年首先由Intel公司提出。公司提出。对高速率数据传输的需求推动了对高速率数据传输的需求推动了PCI的产生。的产生。PCI总线支持总线支持64位数据传输、多总线主控和线性突发位数据传输、多总线主控和线性突发方式
20、（方式（Burst），），数据传输率为数据传输率为133MB/s。10.3.1 PCI的特点的特点1 突发总线传输突发总线传输PCI支持突发的数据传输模式，满足新型处理器高速缓冲支持突发的数据传输模式，满足新型处理器高速缓冲存储器（存储器（Cache）与内存之间的读写。与内存之间的读写。线性突发传输能够更有效地运用总线的带宽去传输数据，线性突发传输能够更有效地运用总线的带宽去传输数据，以减少无谓的寻址操作。以减少无谓的寻址操作。2 支持总线主控方式和同步操作支持总线主控方式和同步操作挂接在挂接在PCI总线上的设备有总线上的设备有“主控主控”和和“从控从控”二类。二类。PCI总线允许多处理器系统
21、中任何一个处理器或其他有总总线允许多处理器系统中任何一个处理器或其他有总线主控能力的设备成为总线主控设备。线主控能力的设备成为总线主控设备。PCI允许微处理器和总线主控制器同时操作，微处理器内允许微处理器和总线主控制器同时操作，微处理器内部的操作和总线操作可以同时进行。部的操作和总线操作可以同时进行。3 独立于处理器独立于处理器PCI是一种独立于处理器的总线标准，支持多种处理器，是一种独立于处理器的总线标准，支持多种处理器，适用于多种不同的系统。适用于多种不同的系统。在在PCI总线构成的系统中，接口和外围设备的设计是针对总线构成的系统中，接口和外围设备的设计是针对PCI而不是而不是CPU的，当
22、的，当CPU因为过时而更换时，接口和外因为过时而更换时，接口和外围设备仍然可以正常使用。围设备仍然可以正常使用。4 即插即用即插即用PCI具有即插即用（具有即插即用（Plug and Play）、自动配置的功能。、自动配置的功能。总线的接口卡上都设有总线的接口卡上都设有“配置寄存器配置寄存器”，系统加电时用程，系统加电时用程序给这些设备分配端口地址等系统资源，可以避免它们使序给这些设备分配端口地址等系统资源，可以避免它们使用时发生冲突用时发生冲突。新推出的新推出的PCI 2.2版支持热插拔（版支持热插拔（Hot Plug）。）。5 适合于各种机型适合于各种机型PCI局部总线不仅为桌面（台式）电
23、脑提供合理的局局部总线不仅为桌面（台式）电脑提供合理的局部总线设计，同时也适用于便携式电脑和服务器。部总线设计，同时也适用于便携式电脑和服务器。支持支持3.3V的电源环境，延长电池寿命，为电脑小型化的电源环境，延长电池寿命，为电脑小型化创造了良好的实现条件。创造了良好的实现条件。6 多总线共存多总线共存PCI总线通过总线通过“桥桥”芯片进行不同标准信号之间的转芯片进行不同标准信号之间的转换。换。使用使用“Host-PCI”桥连接处理器和桥连接处理器和PCI总线总线使用使用“PCI-ISA/EISA”桥连接桥连接PCI和和ISA/EISA。这一特点使得多种总线可以共存于一个系统中。这一特点使得多
24、种总线可以共存于一个系统中。10.3.2 PCI总线系统结构总线系统结构“Host-PCI”桥实现了桥实现了PCI总线的全部驱动控制，主要总线的全部驱动控制，主要解决解决I/O设备同设备同CPU的连接问题。的连接问题。另一类另一类“桥桥”用于生成用于生成“多级总线多级总线”结构，例如结构，例如“PCI-ISA/EISA”、“PCI-USB”、“PCI-PCI”等。等。多级总线把不同传输速度，不同传输方式的设备分门多级总线把不同传输速度，不同传输方式的设备分门别类地连接到各自别类地连接到各自“适合适合”的总线上，使得不同类型的总线上，使得不同类型的设备共存于一个系统，合理地分配资源，协调地运的设
25、备共存于一个系统，合理地分配资源，协调地运转。转。图图10-5第一级总线处理器总线Host-PCI桥接器Cache控制器Momery控制器第二级总线PCI总线ISA总线第三级总线USB总线PCI总线高速键盘串口并口游戏声频处理器高速缓存(Cache)主存储器SCSI控制器PCI-ISA桥接器IDE控制器高速I/O低速I/O支持PCI-USB桥接器中低速I/O支持PCI-PCI桥接器Ethernet控制器图形加速器第三级总线10.3.3 PCI总线信号总线信号PCI信号线分为必备的和可选的两大类信号线分为必备的和可选的两大类主设备至少需要主设备至少需要49条必备信号条必备信号从设备需要从设备需要
26、47条必备信号条必备信号信号类型定义：信号类型定义：IN 输入，是一标准的只作输入的信号。输入，是一标准的只作输入的信号。OUT 输出，是一标准的输出驱动信号。输出，是一标准的输出驱动信号。T/S 双向的三态输入双向的三态输入/输出信号。输出信号。S/T/S 持续的并且低电平有效的三态信号。在某一时刻持续的并且低电平有效的三态信号。在某一时刻只能属于一个主设备并被其驱动。只能属于一个主设备并被其驱动。OD 漏极开路，以线或形式允许多个设备共同驱动。漏极开路，以线或形式允许多个设备共同驱动。图图10-61.系统信号系统信号CLK IN：时钟信号，最高时钟信号，最高33MHz/66MHz，为所有为
27、所有PCI传输提供时序基准；传输提供时序基准；RTS#IN：复位信号。复位信号。2.地址和数据信号地址和数据信号AD 31:0，T/S，地址和数据分时复用信号。地址和数据分时复用信号。地址期：地址期：FRAME#有效，发送有效，发送32位物理地址；位物理地址；数据期：数据期：IRDY#和和TRDY#同时有效，同时有效，32位数据信号；位数据信号；C/BE 3:0#，T/S，总线命令和字节有效复用信号总线命令和字节有效复用信号线，传输命令或字节选择信号。线，传输命令或字节选择信号。PAR，T/S，对对AD 31:0 和和C/BE 3:0#的奇偶校的奇偶校验位。验位。3.接口控制接口控制FRAME
28、#，S/T/S，FRAME#有效预示总线传输的开始，有效预示总线传输的开始，由当前主设备驱动由当前主设备驱动IRDY#，S/T/S，主设备准备好信号主设备准备好信号TRDY#，S/T/S，从设备准备好信号从设备准备好信号STOP#，S/T/S，STOP#有效表示当前从设备要求主设备有效表示当前从设备要求主设备停止数据传送停止数据传送LOCK#，S/T/S，LOCK#有效时，当前的主、从设备将有效时，当前的主、从设备将独占总线资源独占总线资源IDSEL，IN，初始化设备选择，参数配置读写时，用作片初始化设备选择，参数配置读写时，用作片选信号选信号DEVSEL#，S/T/S，设备选择，它有效表示总
29、线上某一从设备选择，它有效表示总线上某一从设备已被选中设备已被选中 4.仲裁信号仲裁信号REQ#，T/S，请求信号，任何主设备请求占有总线必须发请求信号，任何主设备请求占有总线必须发出该请求，由出该请求，由PCI主控制器仲裁。每个主控制器仲裁。每个PCI总线主设备都总线主设备都有一根独用的有一根独用的REQ#信号。信号。GNT#，T/S，允许信号，允许信号，PCI主控制器批准主设备请求后，主控制器批准主设备请求后，发回给主设备。与发回给主设备。与REQ#信号一样，每个信号一样，每个PCI总线主设备总线主设备都有一根独用的都有一根独用的GNT#信号。信号。5.出错报告信号出错报告信号PERR#，
30、S/T/S，奇偶校验错信号，由数据接收设备发出。奇偶校验错信号，由数据接收设备发出。SERR#，O/D，系统错误信号，报告地址奇偶错等可能引系统错误信号，报告地址奇偶错等可能引起灾难性后果的系统错误。起灾难性后果的系统错误。6.中断信号中断信号INTA#，O/D，中断请求信号，该信号允许与时钟信中断请求信号，该信号允许与时钟信号不同步。号不同步。INTB#,INTC#,INTD#，O/D，多功能设备的中断请多功能设备的中断请求信号。求信号。10.3.4 PCI总线周期和地址空间总线周期和地址空间1.PCI总线周期总线周期PCI上基本的总线传输机制是突发成组传输上基本的总线传输机制是突发成组传输
31、一个突发分组传输由一个地址期和多个数据期组成一个突发分组传输由一个地址期和多个数据期组成图图1010-7一次典型的读操作过程：一次典型的读操作过程：（1）主设备获得总线使用权后：）主设备获得总线使用权后：将将FRAME#置为有效，在置为有效，在C/BE#上发送上发送PCI总线命令总线命令在在AD031上发送地址信号，上发送地址信号，PCI总线进入总线进入“地址期地址期”将将IRDY#信号置为有效，表示主设备已经就绪信号置为有效，表示主设备已经就绪在在BE#03上发送字节选择命令上发送字节选择命令（2）从设备：）从设备：从从C/BE#获知主设备的读命令获知主设备的读命令在地址期中从在地址期中从A
32、D上得到存储器或上得到存储器或IO地址地址被选中的设备发出被选中的设备发出DESEL#有效信号表示响应有效信号表示响应同时，从设备内部的读操作开始进行同时，从设备内部的读操作开始进行要求的数据读出后，将要求的数据读出后，将TRDY#置为有效，将读出的数置为有效，将读出的数据送往据送往AD信号线，信号线，PCI总线进入总线进入“数据期数据期”。主设备在主时钟信号的控制下，从主设备在主时钟信号的控制下，从AD上读入需要的数据。上读入需要的数据。（3）如果主设备需要执行突发总线周期（默认方式），）如果主设备需要执行突发总线周期（默认方式），则将则将FRAME#和和IRDY#信号保持有效。从设备在这二
33、信号保持有效。从设备在这二个信号的控制下，将下一组数据送往个信号的控制下，将下一组数据送往AD信号线，进信号线，进入下一个数据期。如果从设备不能在下一个时钟周期入下一个数据期。如果从设备不能在下一个时钟周期如期送出数据，则将如期送出数据，则将TRDY#信号置为无效，数据传信号置为无效，数据传输将产生停顿。输将产生停顿。（4）主设备在发出最后一组数据的读命令之后：）主设备在发出最后一组数据的读命令之后：将将FRAME#信号置为无效，表示数据传输即将结束。信号置为无效，表示数据传输即将结束。在最后一项数据传输后，主设备撤销在最后一项数据传输后，主设备撤销IRDY信号信号从设备撤销从设备撤销TRDY
34、#和和DEVSEL#信号，一次信号，一次PCI突发总突发总线传输结束。线传输结束。总线控制器发现总线控制器发现FRAME#信号结束后，开始下一次总信号结束后，开始下一次总线仲裁。线仲裁。总线的仲裁和总线上的数据传输是同时进行的。总线的仲裁和总线上的数据传输是同时进行的。2.PCI的地址空间的地址空间PCI总线定义了三个物理地址空间：内存地址空间、总线定义了三个物理地址空间：内存地址空间、I/O地址空间和配置地址空间。地址空间和配置地址空间。PCI总线的每个设备都有自己的地址译码电路，不需总线的每个设备都有自己的地址译码电路，不需要进行统一译码。要进行统一译码。PCI支持正向和负向两种类型的地址
35、译码：支持正向和负向两种类型的地址译码：正向译码：每个设备都监听地址总线，判断访问地址是正向译码：每个设备都监听地址总线，判断访问地址是否落在它的地址范围，如果是，使否落在它的地址范围，如果是，使DELSEL#有效以示有效以示应答，响应速度较快。应答，响应速度较快。负向译码：没有一个设备作出响应时，由一个指定的设负向译码：没有一个设备作出响应时，由一个指定的设备（负向译码设备）作出响应。它要等到总线上其他所备（负向译码设备）作出响应。它要等到总线上其他所有设备都拒绝之后才能行动，速度较慢。有设备都拒绝之后才能行动，速度较慢。10.3.5 PCI配置空间配置空间1.PCI头标区信息头标区信息1.
36、PCI头标区信息头标区信息PCI配置空间是长度为配置空间是长度为256字节的一段内存空间，前字节的一段内存空间，前64个字节包含个字节包含PCI接口的信息，接口的信息，64255的地址空间存放的地址空间存放设备特定的一些信息。设备特定的一些信息。（1）制造商标识（）制造商标识（vendor ID）：）：由由PCI 组织给组织给PCI设备设备制造厂家的惟一编码，子系统制造商标识制造厂家的惟一编码，子系统制造商标识（subsystem vendor ID）也由该组织给出。也由该组织给出。（2）设备标识（）设备标识（device ID）：）：生产厂对这个产品的编号，生产厂对这个产品的编号，类似的还有
37、子系统标识（类似的还有子系统标识（subsystem ID）。）。操作系统操作系统根据子系统制造商标识和子系统标识识别设备类型，根据子系统制造商标识和子系统标识识别设备类型，装载对应的驱动程序。装载对应的驱动程序。（3）分类码（）分类码（class code）：）：代表该卡上设备的功能，如代表该卡上设备的功能，如网卡、硬盘卡、扩展桥、多媒体卡等，它们都对应一网卡、硬盘卡、扩展桥、多媒体卡等，它们都对应一个惟一的编码。个惟一的编码。（4）基地址寄存器）基地址寄存器05（base address registers）：）：第第0位是只读位，为位是只读位，为0表示申请存储器空间，用表示申请存储器空间
38、，用12位表位表示存储空间的类型。第示存储空间的类型。第0位为位为1时表示申请时表示申请IO空间。空间。第第431位用来表示申请地址空间的大小，用其中可读写位用来表示申请地址空间的大小，用其中可读写的位数表示。的位数表示。存储空间的大小由基地址寄存器的可读写位数指定，分存储空间的大小由基地址寄存器的可读写位数指定，分配的位置则由系统统一安排。配的位置则由系统统一安排。由于有由于有6个基地址寄存器，个基地址寄存器，PCI设备最多可以申请设备最多可以申请6段地段地址空间。址空间。图图1010-9例：申请32位地址空间内1MB存储空间：位3120为可读写寄存器（写入分配到存储空间地址高位）位194为
39、只读寄存器，内容固定为零位21为00（只读），表示申请32位地址空间内的存储空间位0为0（只读），表示申请存储器空间当一块当一块PCI卡上具备一个以上功能时，应指定为多功卡上具备一个以上功能时，应指定为多功能卡，每个功能都要有一个自己的配置空间。每个功能卡，每个功能都要有一个自己的配置空间。每个功能可以是不同的设备标识（能可以是不同的设备标识（device ID）、）、功能类型、功能类型、存储器和存储器和I/O地址空间及中断资源。地址空间及中断资源。配置空间的头类型（配置空间的头类型（header type）用于指明是单功能用于指明是单功能卡或多功能卡。头类型的第七位为卡或多功能卡。头类型的第
40、七位为1时代表多功能卡。时代表多功能卡。访问配置空间时，访问配置空间时，3位地址用于指定功能号，因此每位地址用于指定功能号，因此每块卡最多可支持块卡最多可支持8个功能部件。个功能部件。由于由于PCI总线上只有总线上只有4条中断请求线，因而多功能卡最条中断请求线，因而多功能卡最多只能有多只能有4个中断源。个中断源。2.访问配置空间访问配置空间 通过通过BIOS调用调用“INT 1AH”可以获取可以获取PCI的配置信息，的配置信息，AH置为功能号置为功能号0B1H，AL中为子功能号：中为子功能号：（1）PCI _BIOS _PRESENT功能：查看功能：查看PCI BIOS是否存在，若存在，版本号
41、为多少。是否存在，若存在，版本号为多少。入口：入口：AL=01H出口：出口：EDX=“PCI”ASCII字符串字符串 AH=存在状态存在状态 00=存在存在 01=不存在不存在 BX=版本号版本号（2）FIND_PCIDEVICE查找指定厂商和设备号的查找指定厂商和设备号的PCI板卡的位置。调用该函数后，板卡的位置。调用该函数后，用户可以利用该函数返回的总线号去调用用户可以利用该函数返回的总线号去调用READ _CONFIG和和WRITE_CONFIG函数访问设备配置空间。函数访问设备配置空间。入口：入口：AL=02H CX=设备设备ID值（值（065535）DX=厂商厂商ID值（值（0655
42、34）SI=索引号（索引号（0n）出口：出口：AH=返回代码：返回代码：SUCCESSFUL(=0),DEVICE_NOT_FOUND,BAD_VENDOR_ID BH=总线号（总线号（0255）BL=设备号（高设备号（高5位），功能号（低位），功能号（低3位）位）CF=完成状态，完成状态，1=错误，错误，0=成功。成功。（3）FIND_PCI_CLASS_CODE入口：入口：AL=03H查找指定类代码和索引的查找指定类代码和索引的PCI设备的位置。在其后可调用设备的位置。在其后可调用READ_CONFIG和和WRITE_CONFIG函数去访问设备配函数去访问设备配置空间。置空间。（4）GEN
43、ERATE_SPECIAL_CYCLE在在PCI总线上产生特殊的周期总线上产生特殊的周期入口：入口：AL=06H BH=总线号（总线号（0255）EDX=特殊周期的数据特殊周期的数据出口：出口：AH=返回代码：返回代码：SUCCESSFUL(=0)，FUNCTION_NOT_SUPPORTED CF=完成状态，完成状态，1=错误，错误，0=成功。成功。（5）READ_CONFIG_BYTE按字节读取配置空间数据。按字节读取配置空间数据。入口：入口：AL=08H BH=总线号（总线号（0255）BL=设备号（高设备号（高5位），功能号（低位），功能号（低3位）位）DI=寄存器号（寄存器号（025
44、5）出口：出口：AH=返回代码返回代码（SUCCESSFUL=0）CX=读到的字节读到的字节 CF=完成状态，完成状态，1=错误，错误，0=成功。成功。（6)READ_CONFIG_WORD/READ_CONFIG_DWORD按字按字/双字读取配置空间双字读取配置空间入口：入口：AL=09H/0AH BH=总线号（总线号（0255）BL=设备号（高设备号（高5位），功能号（低位），功能号（低3位）位）DI=寄存器号寄存器号(0,2,4,254)/(0,4,8,252)出口：出口：AH=返回代码：返回代码：SUCCESSFUL(=0),BAD_REGISTER_NUMBER CX/ECX=读取的
45、字读取的字/双字双字 CF=完成状态，完成状态，1=错误，错误，0=成功。成功。（7）WRITE_CONFIG_BYTE/WRITE_CONFIG_WORD/WRITE_CONFIG_DWORD对设备的配置空间按字节对设备的配置空间按字节/字字/双字进行写双字进行写入口：入口：AL=0BH/0CH/0DH BH=总线号（总线号（0255）BL=设备号（高设备号（高5位），功能号（低位），功能号（低3位）位）DI=寄存器号寄存器号（0255）CL/CX/ECX=要写字的字节要写字的字节/字字/双字双字出口：出口：AH=返回代码：返回代码：SUCCESSFUL,BAD_REGISTER_NUMBE
46、R CF=完成状态，完成状态，1=错误，错误，0=成功。成功。希望自己编程访问本机希望自己编程访问本机PCI接口卡数据时，可以首接口卡数据时，可以首先用如下程序得到该卡的先用如下程序得到该卡的I/O地址：地址：（假设设备标识为（假设设备标识为0440H，生产厂标识为生产厂标识为5333H）MOV AH,0B1H;MOV AL,02H;MOV CX,0440H;DEVICE ID,显卡设备标识显卡设备标识MOV DX,5333H;VENDOR ID,生产厂商标识生产厂商标识MOV SI,0;INT 1AH;得到总线号得到总线号,设备号设备号,功能号功能号JC ERROR;错误时转错误时转ERRO
47、RMOV AH,0B1H;MOV AL,09H;MOV DI,10H;PCI基址寄存器基址寄存器INT 1AH;AND AH,AH;JNZ ERRORAND CX,0FFF0H;D3D0为标志位为标志位MOV AX,CX;ERROR:;出错处理出错处理10.3.6 PCI总线设备开发及总线设备开发及S5933为了推广为了推广PCI总线，降低总线，降低PCI的使用难度，的使用难度，PCI SIG提提供了一套供了一套PCI系统开发工具，许多元件制造商也纷纷系统开发工具，许多元件制造商也纷纷推出推出PCI协议控制芯片，协议控制芯片，AMCC公司生产的公司生产的S5933X就就是这类芯片。是这类芯片。
48、S5933X是在是在PCI总线与用户应用电路之间完成总线与用户应用电路之间完成PCI协协议转换的芯片，使用户能像议转换的芯片，使用户能像ISA总线那样轻松完成接总线那样轻松完成接口电路设计。口电路设计。它提供了它提供了3个物理总线接口：个物理总线接口：PCI总线接口、外加总线总线接口、外加总线接口和可选的接口和可选的NV（非易失）存储器接口。非易失）存储器接口。数据传送可以在数据传送可以在PCI总线与外加总线之间进行，也可总线与外加总线之间进行，也可以在以在PCI总线与总线与NV存储器之间进行。存储器之间进行。PCI总线与外加总线之间的数据传送可以按以下三种总线与外加总线之间的数据传送可以按以
49、下三种方式进行。方式进行。PASSTHRU：用户可将用户可将PCI板上的板上的I/O空间和存储空间空间和存储空间映射到系统中。映射到系统中。PASS-THRU方式不支持主控方式不支持主控(Master)，仅支持从控方式仅支持从控方式(Slaver)。MAILBOXES：供供PC机与机与PCI板上微处理器之间传输板上微处理器之间传输参数用，速度很低。参数用，速度很低。FIFO：先进先出队列及控制电路，数据写入先进先出队列及控制电路，数据写入FIFO后，后，按写入的先后顺序读出，供按写入的先后顺序读出，供PCI板上进行大量数据传输板上进行大量数据传输用，用，S5933也用该功能模块来支持主控也用该
50、功能模块来支持主控DMA。PCI规范允许规范允许PCI设备自带一个设备自带一个ROM，在系统上电在系统上电（POST）访问配置空间时，将该扩展访问配置空间时，将该扩展ROM拷贝入拷贝入RAM并加以执行。并加以执行。S5933的的NV存储器接口提供了这存储器接口提供了这类功能。类功能。10.3.7 PCI-Express总线总线在在PCI总线长达十几年的使用过程中，总线长达十几年的使用过程中，PC机的应用领机的应用领域不断扩大、外围设备性能与工作速度迅速提升，而域不断扩大、外围设备性能与工作速度迅速提升，而PCI总线本身的性能却停滞不前，使得总线本身的性能却停滞不前，使得PCI已经不能已经不能满
