PA數(shù)據(jù)鏈路解密之PCI-E總線

　　摘要：作為新一代的通用總線接口標準，PCI-Express(PCI-E)高帶寬、低延遲、可擴展、支持熱插拔等優(yōu)點，使其全面取代了PCI、AGP等早期總線。ZLG致遠電子功率分析儀的內(nèi)部多個高速數(shù)據(jù)總線中，也包含了PCI-E。下面我們來一起認識這一接口。

　　1.1 架構(gòu)

　　圖 1 框架圖

　　1、 Root Complex(RC)

　　PCI-E根控制器，集成在主處理器系統(tǒng)中，管理處理器與PCIE設(shè)備的連接。

　　2、 Switch

　　PCI-E交換設(shè)備，用于PCI-E總線的擴展。

　　3、 Bridge

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

　　4、 Endpoint(EP)

　　PCI-E終端設(shè)備，例如網(wǎng)卡等通訊板卡或其它數(shù)據(jù)采集板卡。

　　實際應(yīng)用中，我們關(guān)注較多的則是此類設(shè)備。

　　1.2 通訊

　　1、 地址映射

　　EP設(shè)備可通過配置自身PCI-E控制器，將設(shè)備內(nèi)部一段內(nèi)存地址映射到CPU保留地址空間。CPU通過訪問該映射后的地址，便可透明地讀寫設(shè)備，而不必關(guān)心物理傳輸細節(jié)。

　　2、 直接內(nèi)存訪問

　　EP設(shè)備具有總線主控能力，即能夠主動訪問CPU地址空間。通過修改PCI-E控制器的地址映射，配合DMA控制器，可以實現(xiàn)無需CPU干預(yù)的數(shù)據(jù)傳輸。

　　3、 MSI(Message Signaled Interrupt)中斷

　　EP設(shè)備可以將某個特定消息寫到特定地址，觸發(fā)一個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(shè)備定義，用于描述EP設(shè)備資源及特性的一組寄存器。在枚舉過程中，RC會掃描PCI-E總線上的所有設(shè)備。通過訪問該設(shè)備的配置空間，可以獲得加載EP設(shè)備驅(qū)動所需的DeviceID、VendorID等信息。

　　2、 BAR(Base Address Registers)

　　EP設(shè)備可向RC請求將自身的1~6段設(shè)備地址映射到CPU的地址空間，這1~6個CPU地址由RC軟件在枚舉過程中分配并回寫到配置空間中的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(tǒng)內(nèi)的PCI-E總線，為發(fā)現(xiàn)的設(shè)備分配總線號、設(shè)備號，構(gòu)建設(shè)備樹，分配地址空間并回寫B(tài)AR。操作系統(tǒng)啟動后，將根據(jù)DeviceID、VendorID找到匹配的驅(qū)動程序并加載運行。