Intel非透明桥接在PCI-Express中的应用

互联网 | 编辑: 徐晓赟 2006-06-21 00:00:00转载-投稿

作为高速传送的总线技术,PCI已经经历了很长的发展时期,从最初的PCI到后来的PCI-X,再到现在的PCI-E,PCI总线技术不断的演绎和提高。新的高速总线技术PCI-E在保持与PCI的兼容性的基础上，作了很多的改进。Intel 在PCI总线技术的发展中，对于PCI-E也有自己的独特的定义。

如果拿PCI与PCI-E作比较，以Intel PCI总线技术为例，两者最大的差异就是PCI采用的是平行、多点下传（multi-drop）的连结架构，PCI Express则是采用序列、点对点的连结架构。而用平行信号来传送信号，很容易产生串音（crosstalk）的现象。而且，所有的信号线必须完全等长，不然无法进行同步传输，将数据位同步传到另一端，不等长的信号将会会产生所谓信号扭曲（signal skew）的问题。这些问题让PCI的时脉难以得到提升，电压也很难下降，从而造成速度提升上的发展限制。

相较之下，PCI Express则跨越了PCI和PCI-X的限制。在PCI Express中采用序列方法，可以避免掉前述的信号不同步问题；此外，PCI Express还可以通过LVDS技术来降低串音问题，这样，PCI Express就可以达到双向各2.5Gbps的速率，即使减去额外数据（overhead），实际可传数据的频宽也可以达到500MBps。

另外采用PCI Express也能大幅节省电路板的空间设计。据估计，比起PCI总线，使用PCI Express的PC主机板能省下大约一半的空间，这是因为不论是32位或64位带宽的PCI总线，都需要安排许多的线径；此外，由于主机板上的并行总线线径不能直接从一个点到另一个点，同时为了降低讯号不同步的问题，在电路的安排上就需要占用额外的空间，而这些情况在PCI Express都不会发生。

一般来说PCI Express架构可分为组态/操作系统层、软件层、交易层、链接层、实体层和机械层。其中组态/操作系统层主要是透过外设间的数据传送或接收来与软件层进行沟通；软件层则是在于对外围设备产生读写询问；交易层则是通过TLP封包来传送负载数据；链接层主要是对数据传输过程的管理；实体层主要是提供传输的物理通道；机械层则在于定义外围设备的不同造型规格。以上是PCI Express架构的一般架构规格，

在Intel PCI Express的架构中，还存在着非透明桥接（Non-transparent Bridging）延伸规格。

非透明桥接通常用于嵌入式智能 I/O 板卡。它连接两个独立的处理器域，次侧的资源和地址对主侧的主系统是不可见的。允许次侧的本地处理器独立地配置和控制其子系统。主侧和次侧的时钟完全独立。主侧和次侧的地址完全独立,在主侧和次侧之间可以进行地址翻译。增加了隔离主、从总线段之间地址域的功能。

谈到非透明桥接就要提到透明桥接，透明桥接通常用在总线扩展中。桥的次侧的所有设备对主侧的主系统是透明的。次侧的所有设备只能由主侧的主系统对其进行配置和控制。两侧的时钟必须同步,允许有固定的相位差。主侧和次侧的地址完全透明,在主侧和次侧之间的地址传递是直接传递的模式,没有地址翻译。通过透明桥隔离 PCI 总线段，可以提供扩展负载数量和匹配不同工作频率、总线宽度或电压的能力。

随着Intel多处理器技术的发展，非透明桥接技术也随之不断改进。

基于 PCI 的单处理器系统依靠主处理器来枚举和配置系统，并处理中断和错误情况。主处理器有效地拥有整个系统。 而如果系统中有两个或多个处理器而且没有特别地隔离它们，那么每个处理器都将尝试提供主处理器功能，并相互争夺系统的控制权。因此在多处理器系统中，除了一个处理器外，非透明桥将把所有处理器置于其自己的地址域中。而位于透明桥背后的那个处理器将被保留为结构管理器，用于枚举和配置系统，并处理严重的错误情况。位于非透明桥背后的智能子系统将枚举到桥，而且不会直接感觉到其背后有一个更大的系统。

在透明桥接中，使用一个类型1的证书签名请求(CSR)题头，而在非透明桥接中，证书签名请求(CSR)的题头是类型0的，而且在桥的两侧分别独立存在。

另外非透明桥接中还包括Scratchpad寄存器和门铃寄存器，其中，Scratchpad 寄存器是可供桥的两侧都可读写的，并提供处理器之间的通信。一般非透明桥接中存在8个这样的寄存器，它们都能被桥的两侧操作。门铃寄存器则是用来送从非透明的桥一侧到另一侧的中断请求，来弥补读写Scratchpad寄存器不能提出中断的不足。门铃机制由下列各项寄存器组合所组成:

* 主要的IRQ状态寄存器
* 主要的IRQ请求寄存器
* 主要的IRQ设置屏蔽寄存器
* 主要的IRQ清除屏蔽寄存器
* 次级的IRQ状态寄存器
* 次级的IRQ请求寄存器
* 次级的IRQ设置屏蔽寄存器
* 次级的IRQ清除屏蔽寄存器

Intel非透明桥接的PCI-E交换为需要实现高速PCI管理层的多处理器系统设计师提供了非常诱人的选择。这些设计师仍然希望最大限度地降低成本，并且保留其现有PCI软件的基础架构。该技术与透明PCI到PCI桥接不同，它增加了总线区段之间的地址域隔离。反过来，它可使多处理器配置中的一个处理器依次作为主机或结构管理器，从而消除系统控制的冲突。这一方法为减少分布式处理器的数量和操作系统的限制要求，并使拥塞管理需求最小化的应用提供了一个低成本的解决方案。目前，这种非透明桥接技术已经在宝通所代理的Intel产品中得到应用。
　

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