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前情回顾

上一篇有全局介绍关于 PCI 总线和 PCIe 总线之间关系以及接下来我们需要了解关于 PCI 总线和 PCIe 总线的具体知识点都有哪些。如果忘记了，可以回到上一篇链接再阅读理解一次：PCIe体系结构学习入门——导读

这里再提到全局的思维导图如下：

本篇就要开始讲述理解其中第一部分—— PCI 总线概述中的第一章 PCI 总线的基础知识

PCI 总线的基础知识详细划分如下内容：

PCI 总线的组成结构

PCI 总线作为处理器系统的局部总线，是处理器系统的一个组成部件，在一个处理器系统中，与 PCI 总线相关的模块如下图所示：

图1 基于PCI总线的处理器系统

下面的介绍将围绕这个结构中的情况进行具体介绍和讲述。

HOST 主桥

HOST 主桥相比下面的 PCI 桥除了也是属于桥接设备之外，其还有很特殊的一点，它的主要功能如下：

• 隔离处理器系统的存储器域与处理器系统的 PCI 总线域（关于域的问题后面会详细介绍，这里简单理解就是寄存器和存储地址不同）
• 管理 PCI 总线域
• 完成处理器与 PCI 设备间的数据交换

HOST 主桥是联系处理器和 PCI 设备的桥梁。每一个 HOST 主桥都会帮助处理器管理一个单独的 PCI 总线树，如果处理器可以分出两个 HOST 主桥的话，那么这两个 PCI 总线树都是分别独立的，对应的 PCI 域也都是独立的。（如上图1所示，HOSTx 和HOSTy 对应的 PCI 地址即使都是 0x1234 也都是分别不一样的含义。并且转换对应的主存储器域的地址肯定也是分开的）

桥设备主要功能其实是做数据转换、数据的接收和发送。而 HOST 主桥除了基本桥设备的功能还需要负责管理自己 PCI 地址域的转换。这里涉及到域其实就是地址空间。如下图可以更直观一点。关于地址域和PCI桥的具体配置和使用将在下一篇内容详细介绍。

PCI 总线

在处理器系统中，含有 PCI 总线和 PCI 总线树这两个概念。这两个概念并不相同，在一棵 PCI 总线树中可能具有多条 PCI 总线，而具有血缘关系的 PCI 总线组成一棵 PCI 总线树。如在上图1所示的处理器系统中，PCI 总线 x 树具有两条 PCI 总线，分别为 PCI总线 x0 和 PCI 总线 x1。而 PCI 总线 y 树 中仅有一条 PCI 总线。

PCI总线 由 HOST 主桥 或者 PCI桥 管理，用来连接各类设备，如声卡、网卡和IDE接口卡等。在一个处理器系统中，可以通过PCI桥 扩展 PCI总线，并形成具有血缘关系的多级 PCI 总线，从而形成 PCI总线 树型结构。在处理器系统中有几个 HOST 主桥，就有几棵这样的 PCI 总线树，而每一棵 PCI总线树 都与一个 PCI总线域 对应。

与 HOST主桥 直接连接的 PCI总线 通常被命名为 PCI总线0。考虑到在一个处理器系统中可能有多个主桥，图 1 将 HOST 主桥x推出的 PCI 总线命名为 x0 总线，而将 PCI 桥 x1 扩展出的 PCI 总线 称为 x1 总线，将 HOST 主桥 y 推出的 PCI总线 称为y0~yn。分属不同 PCI总线树 的设备，其使用的 PCI总线 地址空间分属不同的 PCI总线域空间。

PCI 设备

在 PCI 总线中会有三类设备：

• PCI 主设备
• PCI 从设备
• 桥设备

1. 主设备：一个 PCI 设备既可以是主设备又可以是从设备，但是同一时刻只能作为其中一种。PCI 主设备可以通过总线仲裁获得 PCI 总线使用权，主动地向其他 PCI 设备或者主存储器发起存储器读写请求。PCI 总线规范将 PCI 主从设备称为 PCI Agent 设备，像 PCI 网卡、显卡、声卡等设备都是属于 PCI Agent 设备
2. 从设备：PCI 从设备只能被动接收来自 HOST 主桥或者其他 PCI 设备的读写请求。
3. 桥设备：桥设备属于 PCI 总线中的一类特殊设备。它包括 PCI 桥、PCI-to-(E)ISA桥 和 PCI-to-Cardbus 桥。PCI 桥的存在使得 PCI 总线极具扩展性，处理器系统可以使用 PCI 桥进一步扩展 PCI 总线。PCI 桥的出现使得采用 PCI 总线进行大规模系统互联成为可能，所以掌握 PCI 桥是深入理解 PCI 体系结构的基础。PCI 桥可以连接两条 PCI 总线，上游 PCI 总线和下游 PCI 总线，这两个 PCI 总线属于同一个 PCI 总线域，使用 PCI 桥扩展的所有 PCI 总线都同属于一个 PCI 总线域。

对于 PCI 桥设备来说，对 PCI 设备配置空间的访问可以从上游总线转发到下游总线，而数据传送可以双方向进行。在 PCI 总线中，还存在一种非透明 PCI 桥，该桥片不是 PCI 总线规范定义的标准桥片，但是适用于某些特殊应用，后面会详细介绍。

HOST 处理器

PCI 总线规定在同一时刻，在一颗 PCI 总线树上有且只有一个 HOST 处理器。这个 HOST 处理器可以通过 HOST 主桥发起 PCI 总线的配置请求总线事务，并对 PCI 总线上的设备和桥片进行配置。

在 PCI 总线中，HOST 处理器是一个较为模糊的概念，其实是可以理解成 CPU 处理器，但是在 CPU 处理器中（SMP处理器）有不止一个 CPU 核，而处理器中的所有 CPU 核都是通过 HOST 主桥访问其下的 PCI 总线树，这些 CPU 都可以作为 HOST 处理器。这里需要注意：PCI 总线树的实际管理者是 HOST 主桥，而不是 HOST 处理器。

PCI 总线负载

PCI 总线能挂接的负载与总线频率相关，这部分和硬件相关。如果要做 PCI 硬件设计和设备连接需要重点注意。其中总线频率越高，能挂接的负载越少。下面将以 PCI 总线和 PCI-X 总线为例说明总线频率、峰值带宽和负载能力之间的关系。

总线类型	总线频率/MHz	峰值带宽/ MB/s	负载能力
PCI	33	133	4-5个插槽
–	66	266	1-2个插槽
PCI-X	66	266	4个插槽
–	133	533	2个插槽
–	266	1066	1个插槽
–	533	2131	1个插槽

PCI 总线的信号定义

PCI总线 是一条共享总线，在一条 PCI总线 上可以挂接多个 PCI设备。这些 PCI设备 通过一系列信号与 PCI总线 相连，这些信号由 地址/数据信号、控制信号、仲裁信号、中断信号 等多种信号组成。

PCI总线 是一个同步总线，每一个设备都具有一个 CIK信号，其发送设备与接收设备使用这个 CIK 信号 进行同步数据传递。PCI总线 可以使用 33MHz 或者 66MHz 的时钟频率，而 PCI-X 总线 可以使用 133 MHz、266 MHz 或者 533 MHz 的时钟频率。除了 RST#、INTA-D#、PME# 和 CLKRUN# 等信号之外，PCI设备 使用的绝大多数信号都使用这个 CLK 信号