link980 link981 link982 link983 link984 link985 link986 link987 link988 link989 link990 link991 link992 link993 link994 link995 link996 link997 link998 link999 link1000 link1001 link1002 link1003 link1004 link1005 link1006 link1007 link1008 link1009 link1010 link1011 link1012 link1013 link1014 link1015 link1016 link1017 link1018 link1019 link1020 link1021 link1022 link1023 link1024 link1025 link1026 link1027 link1028 link1029 link1030 link1031 link1032 link1033 link1034 link1035 link1036 link1037 link1038 link1039 link1040 link1041 link1042 link1043 link1044 link1045 link1046 link1047 link1048 link1049 link1050 link1051 link1052 link1053 link1054 link1055 link1056 link1057 link1058 link1059 link1060 link1061 link1062 link1063 link1064 link1065 link1066 link1067 link1068 link1069 link1070 link1071 link1072 link1073 link1074 link1075 link1076 link1077 link1078 link1079 link1080 link1081 link1082 link1083 link1084 link1085 link1086 link1087 link1088 link1089 link1090 link1091 link1092 link1093 link1094 link1095 link1096 link1097 link1098 link1099 link1100 link1101 link1102 link1103 link1104 link1105 link1106 link1107 link1108 link1109 link1110 link1111 link1112 link1113 link1114 link1115 link1116 link1117

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

PCI и PCI-X

Протокол, команды и транзакции шин PCI и PCI-X

Сигнальный протокол шин PCI и PCI-X

Обмен информацией по шине PCI и PCI-X организован в виде транзакций — логически завершенных операций обмена. В типовой транзакции участвуют два устройства —инициатор обмена (initiator), он же ведущее устройство (master), и целевое устройство (ЦУ, target)), оно же ведомое (slave). Правила взаимодействия этих устройств определяются протоколом шины PCI. Устройство может следить за транзакциями на шине и не являясь их участником (не вводя никаких сигналов); режиму слежения соответствует термин Snooping. Есть особый тип транзакции (Special Cycle) — широковещательный, в котором инициатор протокольно не взаимодействует ни с одним из устройств. В каждой транзакции выполняется одна команда — как правило, чтение или запись данных по указанному адресу. Транзакция начинается с фазы адреса, в которой инициатор задает команду и целевой адрес. Далее могут следовать фазы данных, в которых одно устройство (источник данных) помещает данные на шину, а другое (приемник) их считывает. Транзакции, в которых присутствует множество фаз данных, называются пакетными. Есть и одиночные транзакции (с одной фазой данных). Транзакция может завершиться и без фаз данных, если целевое устройство (или инициатор) не готово к обмену. В шине PCI-X добавлена фаза атрибутов, в которой передается дополнительная информация о транзакции. 

Сигнальный протокол шин PCI и PCI-X

Состав и назначение интерфейсных сигналов шины раскрывает таблице ниже. Состояния всех сигнальных линий воспринимаются по положительному перепаду CLK, и именно эти моменты в дальнейшем описании подразумеваются под тактами шины (на рисунках отмечены вертикальными пунктирными линиями). В разные моменты времени одними и теми же сигнальными линиями управляют разные устройства шины, и для корректной (бесконфликтной) «передачи полномочий» требуется, чтобы существовал промежуток времени, в течение которого линией не управляет ни одно устройство. На временных диаграммах это событие — так называемый «пируэт» (turnaround) — обозначается парой полукруглых стрелок.

Таблица. сигналы шины PCI

Сигнал
Назначение
AD[31:0] Address/Data — мультиплексированная шина адреса/данных. В начале транзакции передается адрес, в последующих тактах — данные
C/B [3:0]# Command/Byte Enable — команда/разрешение обращения к байтам. Команда, определяющая тип очередного цикла шины, задается четырехбитным кодом в фазе адреса
FRAME#
 
Кадр. Введением сигнала отмечается начало транзакции (фаза адреса), снятие сигнала указывает на то, что последующий цикл передачи данных является последним в транзакции
 
DEVSEL#
 
Device Select — устройство выбрано (ответ ЦУ на адресованную к нему транзакцию)
 
IRDY#
 
Initiator Ready — готовность ведущего устройства к обмену данными
 
TRDY#
 
Target Ready — готовность ЦУ к обмену данными
 
STOP#
 
Запрос ЦУ к ведущему устройству на остановку текущей транзакции
 
LOCK#
 
Сигнал блокировки (захвата) шины для обеспечения целостного выполнения операции. Используется мостом, которому для выполнения одной операции требуется выполнить несколько транзакций PCI
 
REQ#
 
Request — запрос от ведущего устройства на захват шины
 
GNT#
 
Grant — предоставление ведущему устройству управления шиной
 
PAR
 
Parity — общий бит четности для линий AD[31:0] и C/BE[3:0]#
 
PERR#
 
Parity Error — сигнал об ошибке четности (для всех циклов, кроме специальных). Вырабатывается любым устройством, обнаружившим ошибку
PME#
 
Power Management Event — сигнал о событиях, вызывающих изменение режима потребления (дополнительный сигнал, введенный в PCI 2.2)
CLKRUN#
 
Clock running — шина работает на номинальной частоте синхронизации. Снятие сигнала означает замедление или остановку синхронизации с целью снижения потребления (для мобильных применений)
 
PRSN [1,2]#
 
Present — индикаторы присутствия платы, кодирующие запрос потребляемой мощности. На карте расширения одна или две линии индикаторов соединяются с шиной GND, что воспринимается системной платой
 
RST#
 
Reset — сброс всех регистров в начальное состояние (по кнопке «Reset»
и при перезагрузке)
 
IDSEL
 
Initialization Device Select — выбор устройства в циклах конфигурационного считывания и записи; на эти циклы отвечает устройство, обнаружившее на данной линии высокий уровень сигнала
 
SERR#
 
System Error — системная ошибка. Ошибка четности адреса или данных в специальном цикле или иная катастрофическая ошибка, обнаруженная устройством. Активизируется любым устройством PCI и вызывает NMI
 
REQ64#
 
Request 64 bit — запрос на 64-битный обмен. Сигнал вводится 64-битным инициатором, по времени он совпадает с сигналом FRAME#. Во время окончания сброса (сигналом RST#) сигнализирует 64-битному устройству о том, что оно подключено к 64-битной шине. Если 64-битное устройство не обнаружит этого сигнала, оно должно переконфигурироваться на 32-битный режим, отключив буферные схемы старших байтов
 
ACK64#
 
Подтверждение 64-битного обмена. Сигнал вводится 64-битным ЦУ, опознавшим свой адрес, одновременно с DEVSEL#. Отсутствие этого подтверждения заставит инициатор выполнять обмен с 32-битной разрядностью
 
INTA#, INTB#, INTC#, INTD#
 
Interrupt A, B, C, D — линии запросов прерывания, чувствительность к уровню, активный уровень — низкий, что допускает разделяемость (совместное использование) линий
CLK
 
Clock — тактовая частота шины. Должна лежать в пределах 20—33 МГц, начиная с PCI 2.1 может быть до 66 МГц, в PCI-X до 100 и 133 МГц
 
M66EN
 
66MHz Enable — разрешение частоты синхронизации до 66 МГц (на картах 33 МГц заземлен, на 66 МГц — свободен)
 
PCIXCAP (38B)
 

Возможности PCI-X: на платах PCI — заземлен, на PCI-X133 соединен с землей через конденсатор 0,01 мкФ, на PCI-X66 — параллельной RC-цепочкой 10 кОм, 0,01 мкФ.
 

SDONE
 
Snoop Done — сигнал завершенности цикла слежения для текущей транзакции. Низкий уровень указывает на незавершенность цикла слежения за когерентностью памяти и кэша. Необязательный сигнал, используется только устройствами шины с кэшируемой памятью. Исключен начиная с PCI 2.2
 
SBO#
 
Snoop Backoff — попадание текущего обращения к памяти абонента шины в модифицированную строку кэша. Необязательный сигнал, используется только абонентами шины с кэшируемой памятью при алгоритме обратной записи. Исключен начиная с PCI 2.2
 
SMBCLK
 
SMBus Clock — тактовый сигнал шины SMBus (интерфейс I2C). Введен начиная с PCI 2.3
 
SMBDAT
 
SMBus Data — последовательные данные шины SMBus (интерфейс I2C). Введен начиная с PCI 2.3
 
TCK
 
Test Clock — синхронизация тестового интерфейса JTAG
 
TDI
 
Test Data Input — входные данные тестового интерфейса JTAG
 
TDO
 
Test Data Output — выходные данные тестового интерфейса JTAG
 
TMS
 
Test Mode Select — выбор режима для тестового интерфейса JTAG
 
TRST
 
Test Logic Reset — сброс тестовой логики
 

В каждый момент времени шиной может управлять только одно ведущее устройство, получившее на это право от арбитра. Каждое ведущее устройство имеет пару сигналов — REQ# для запроса на управление шиной и GNT# для подтверждения предоставления управления шиной. Устройство может начинать транзакцию (устанавливать сигнал FRAME#) только при полученном активном сигнале GNT# и дождавшись отсутствия активности шины. Заметим, что за время ожидания покоя арбитр может «передумать» и отдать управление шиной другому устройству с более высоким приоритетом. Снятие сигнала GNT# не позволяет устройству начать следующую транзакцию, а при определенных условиях (см. далее) может заставить прекратить начатую транзакцию. Арбитражем запросов на использование шины занимается специальный узел — арбитр, входящий в мост, соединяющий данную шину с центром. Схема приоритетов (фиксированный, циклический, комбинированный) определяется программированием арбитра.

Для адреса и данных используются общие мультиплексированные линии AD. Четыре мультиплексированные линии C/BE[3:0] обеспечивают кодирование команд в фазе адреса и разрешение байтов в фазе данных. В транзакциях записи линии C/BE[3:0] разрешают использование байтов данных одновременно с их присутствием на шине AD, в транзакциях чтения эти сигналы относятся к байтам следующей за ними фазы данных. В фазе адреса (начало транзакции) ведущее устройство активирует сигнал FRAME#, передает целевой адрес по шине AD, а по линиям C/BE# — информацию о типе транзакции (команду). Адресованное целевое устройство отзывается сигналом DEVSEL#. Ведущее устройство указывает на свою готовность к обмену данными сигналом IRDY#, эта готовность может быть выставлена и до получения DEVSEL#. Когда и целевое устройство будет готово к обмену данными, оно установит сигнал TRDY#. Данные по шине AD передаются только при одновременном наличии сигналов IRDY# и TRDY#. С помощью этих сигналов ведущее и целевое устройства согласовывают свои скорости, вводя такты ожидания (wait states). На рисунке ниже приведена временная диаграмма обмена, в которой и ведущее и целевое устройства вводят такты ожидания. Если бы они оба ввели сигналы готовности в конце фазы адреса и не снимали бы их до конца обмена, то в каждом такте после фазы адреса передавались бы по 32 бита данных, что обеспечило бы выход на предельную производительность обмена. В транзакциях чтения после фазы адреса необходим дополнительный такт для пируэта, во время которого инициатор прекращает управление линией AD; целевое устройство сможет взять на себя управление шиной AD только в следующем такте. В транзакции записи пируэт не нужен, поскольку данные передает инициатор.

На шине PCI все транзакции трактуются как пакетные: каждая транзакция начинается фазой адреса, за которой может следовать одна или несколько фаз данных. Количество фаз данных в пакете явно не указывается, но в такте последней фазы данных ведущее устройство при введенном сигнале IRDY# снимает сигнал FRAME#. В одиночных транзакциях сигнал FRAME# активен лишь в течение одного такта. Если устройство не поддерживает пакетные транзакции в ведомом режиме, то оно должно потребовать прекращения пакетной транзакции в течение первой фазы данных (выставив сигнал STOP# одновременно с TRDY#). В ответ на это ведущее устройство завершит данную транзакцию и продолжит обмен последующей транзакцией со следующим значением адреса. После завершающей фазы данных ведущее устройство снимает сигнал IRDY#, и шина переходит в состояние покоя (Idle) — оба сигнала: — FRAME# и IRDY# — находятся в пассивном состоянии.

Инициатор может начать следующую транзакцию и без такта покоя, установив FRAME# одновременно со снятием IRDY#. Такие быстрые смежные транзакции (Fast Back-to-Back) могут быть обращены как к одному, так и к разным целевым устройствам. Первый тип быстрых смежных транзакций поддерживается всеми устройствами PCI, выступающими в роли целевого устройства. На поддержку второго типа смежных транзакций (такая поддержка необязательна) указывает бит 7 регистра состояния. Инициатору разрешают (если он умеет) использовать быстрые смежные транзакции с различными устройствами (разрешение определяется битом 9 регистра команд), только если все агенты шины допускают быстрые обращения. При обмене данных в режиме PCI-X быстрые смежные транзакции недопустимы.

Протокол шины обеспечивает надежность обмена — ведущее устройство всегда получает информацию об отработке транзакции целевым устройством. Средством повышения достоверности обмена является применение контроля четности: линии AD[31:0] и C/BE[3:0]# и в фазе адреса, и в фазе данных защищены битом четности PAR (количество установленных битов этих линий, включая PAR, должно быть четным). Действительное значение PAR появляется на шине с задержкой в один такт относительно линий AD и C/BE#. При обнаружении ошибки устройство вырабатывает сигнал PERR# (со сдвигом на такт после появления на шине действительного бита четности). В подсчете четности при передаче данных учитываются все байты, включая и недействительные (отмеченные высоким уровнем сигнала C/BEx#). Состояние бит, даже и в недействительных байтах данных, во время фазы данных должно оставаться стабильным.

Каждая транзакция на шине должна быть завершена планово или прекращена, при этом шина должна перейти в состояние покоя (сигналы FRAME# и IRDY# пассивны). Завершение транзакции выполняется либо по инициативе ведущего устройства, либо по инициативе целевого устройства.

Ведущее устройство может завершить транзакцию одним из следующих способов:

  • comletion — нормальное завершение по окончании обмена данными;
  • time-out — завершение по тайм-ауту. Происходит, когда во время транзакции у ведущего устройства отбирают право на управление шиной (снятием сигнала GNT#), и истекает время, указанное в его таймере Latency Timer. Это может произойти, если адресованное целевое устройство оказалось непредвиденно медленным или запланирована слишком длинная транзакция. Короткие транзакции (с одной-двумя фазами данных) даже в случае снятия сигнала GNT# и срабатывания таймера завершаются нормально;
  • master-Abort — прекращение транзакции, когда в течение заданного времени ведущее устройство не получает ответа от целевого устройства (сигнала DEVSEL#).

Транзакция может быть прекращена по инициативе целевого устройства; для этого оно может ввести сигнал STOP#. Возможны три типа прекращения транзакции:

  • retry — повтор, введение сигнала STOP# при пассивном сигнале TRDY# до первой фазы данных. Эта ситуация возникает, когда целевое устройство изза внутренней занятости не успевает выдать первые данные в положенный срок (16 тактов). Прекращение типа retry является указанием ведущему устройству на необходимость повторного запуска той же транзакции;
  • disconnect — отключение, введение сигнала STOP# в течение или после первой фазы данных. Если сигнал STOP# введен при активном сигнале TRDY# очередной фазы данных, то эти данные передаются, на чем транзакция и завершается. Если сигнал STOP# выставлен при пассивном сигнале TRDY#, то транзакция завершается без передачи данных очередной фазы. Отключение производится, когда целевое устройство не способно своевременно выдать или принять очередную порцию данных пакета. Отключение является указанием ведущему устройству на необходимость повторного запуска этой транзакции, но с модифицированным стартовым адресом;
  • target-abort — отказ, введение сигнала STOP# одновременно со снятием сигнала DEVSEL# (в предыдущих случаях во время появления сигнала STOP# сигнал DEVSEL# был активен). После этого данные уже не передаются. Отказ производится, когда целевое устрйство обнаруживает фатальную ошибку или иные условия, по которым оно уже никак не сможет обслужить данный запрос (в том числе и неподдерживаемую команду).

Использование трех типов прекращения транзакции вовсе не обязательно для всех целевых устройств, однако любое ведущее устройство должно быть готово к завершению транзакций по любой из этих причин.

Прекращение типа retry используется для организации отложенных транзакций (delayed transactions). Отложенные транзакции используются только медленными целевыми устройствами, а также мостами PCI при трансляции транзакций на другую шину. Прекращая (для инициатора) транзакцию условием retry, целевое устройство внутренне выполняет данную транзакцию. Когда инициатор повторит эту транзакцию (выдаст ту же команду с тем же адресом и тем же набором сигналов C/BE# в фазе данных), у целевого устройства (или моста) уже будет готов результат (данные чтения или состояние выполнения записи), который оно быстро вернет инициатору. Результат отложенной транзакции, выполненной данным устройством, устройство или мост должны хранить до тех пор, пока результаты не будут запрошены инициатором. Однако он может и «забыть» повторить транзакцию (из-за каких-либо нештатных ситуаций). Чтобы избежать переполнения буфера хранения результатов, устройству приходится отбрасывать (discard) эти результаты. Отбрасывание может быть выполнено без побочных эффектов, если откладывалась транзакция к памяти, допускающей предвыборку (с атрибутом prefetchable, см. далее). Остальные типы транзакций в общем случае безнаказанно отбрасывать нельзя (может нарушиться целостность данных), для них отбрасывание разрешается только после безрезультатного ожидания повтора в течение 215 тактов шины (по срабатыванию discard timer). Об этой особой ситуации устройство может сообщить своему драйверу (или всей системе).

Инициатор транзакции может потребовать монопольного использования шины PCI на все время выполнения операции обмена, требующей нескольких шинных транзакций. Так, например, если центральный процессор выполняет инструкцию модификации данных в ячейке памяти, принадлежащей устройству PCI, ему нужно прочитать данные из устройства, модифицировать их в своем АЛУ и вернуть результат в устройство. Чтобы в эту операцию не вклинивались транзакции от других инициаторов (что чревато нарушением целостности данных), главный мост выполняет ее как блокированную — на все время исполнения операции подается шинный сигнал LOCK#. Этот сигнал никак не используется (и не вырабатывается) обычными устройствами PCI (не мостами); он используется только мостами для управления арбитражем.



Команды шины PCI

Команды PCI определяют направление и тип транзакций, а также адресное пространство, к которому они относятся. Набор команд шины PCI включает следующие: 

 

 

  • I/O Read, I/O Write — команды чтения и записи ввода/вывода, служат для обращения к пространству портов;
  • Memory Read, Memory Write — команды чтения и записи памяти, служат для выполнения коротких (как правило, непакетных) транзакций. Их прямое назначение — обращение к отображенным на память устройствам ввода/вывода. Для «настоящей» памяти, допускающей предвыборки, предназначены команды чтения строк, множественного чтения и записи с инвалидацией;
  • Memory-Read Line — чтение строки памяти, применяется, когда в транзакции планируется чтение до конца строки кэша. Выделение данного типа чтения позволяет повысить производительность обмена с памятью;
  • Multiple Memory Read — множественное чтение памяти, используется для транзакций, затрагивающих более одной строки кэш-памяти. Использование данного типа транзакций позволяет контроллеру памяти выполнять упреждающую выборку строк, что дает дополнительный выигрыш производительности;
  • Memory Write and Invalidate (MVI) — запись с инвалидацией, применяется к целым строкам кэша, причем все байты во всех фазах должны быть разрешены. Эта операция заставляет контроллер кэш-памяти очищать «грязные» строки кэша, соответствующие записываемой области, без их выгрузки в ОЗУ, что экономит время. Инициатор, вводящий эту команду, должен знать размер строки кэша в данной системе (для этого у него есть специальный регистр в конфигурационном пространстве);
  • Dual Address Cycle (DAC) — двухадресный цикл, позволяет по 32-битной шине обращаться к устройствам с 64-битной адресацией. В этом случае младшие 32 бита адреса передаются одновременно с данной командой, а далее следует обычный цикл, определяющий команду обмена и несущий старшие 32 бита адреса. Шина PCI допускает 64-битную адресацию как памяти, так и портов ввода/вывода (последнее для систем на x86 бесполезно, но PCI существует и на других платформах);
  • Configuration Read, Configuration Write — команды конфигурационного чтения и записи, адресуются к конфигурационному пространству устройств. Обращение производится только выровненными двойными словами, биты AD[1:0] используются для идентификации типа цикла (см. ниже). Для генерации данных команд требуется специальный аппаратно-программный механизм;
  • Special Cycle — специальный цикл, отличается от всех других тем, что является широковещательным. Однако ни один агент на него не отвечает, а главный мост или иное устройство, вводящее этот цикл, всегда завершает его способом Master Abort (на него требуется 6 тактов шины). Специальный цикл предназначен для генерации широковещательных сообщений, которые могут читать любые «заинтересованные» агенты шины. Тип сообщения декодируется содержимым линий AD[15:0]; на линиях AD[31:16] могут помещаться данные, передаваемые в сообщении. Фаза адреса в этом цикле обычными устройствами игнорируется, но мосты используют ее информацию для управления распространением сообщения. Сообщения с кодами 0000h, 0001h и 0002h требуются для указания на отключение (сообщение Shutdown), остановку (сообщение Halt) процессора или специфические функции процессора x86, связанные с кэшем и трассировкой. Коды 0003h–FFFFh зарезервированы. Специальный цикл может генерироваться тем же аппаратно-программным механизмом, что и конфигурационные циклы, но со специфическим значением адреса;
  • Interrupt Acknowledge (INTA) — команда подтверждения прерывания, предназначена для чтения вектора прерываний. По протоколу она выглядит как команда чтения, неявно адресованная к системному контроллеру прерываний. Здесь в фазе адреса по шине AD полезная информация не передается (BE[3:0]# задают размер вектора), но ее инициатор (главный мост) должен обеспечить стабильность сигналов и корректность бита четности. В x86-архитектуре 8-битный вектор передается в байте 0 по готовности контроллера прерываний (по сигналу TRDY#). Подтверждение прерываний выполняется за один цикл (первый холостой цикл, который процессоры x86 делают в дань совместимости со стариной, мостом подавляется).

Команды кодируются значениями бит C/BE# в фазе адреса (см. таблицу ниже), специфические команды PCI-X рассмотрены в последующих разделах.

Код C/BE[3:0]  PCI команда  PCI-X команда Длина Возможность
расщепления
0000 Interrupt Acknowledge Interrupt Acknowledge, подтверждение прерывания DWORD +
0001 Special Cycle Special Cycle, специальный широковещательный цикл DWORD -
0010 I/O Read I/O Read, чтение ввода/вывода DWORD +
0011 I/O Write I/O Read, запись ввода/вывода  DWORD +
0100 Резерв Резерв - -
0101 Резерв Device ID Message (DIM), посылка собщения устройству (PCI-X 2.0) 
 
Пакет -
0110 Memory Read Memory Read DWORD, одиночное чтение памяти DWORD +
0111 Memory Write Memory Write, запись памяти Пакет -
1000 Резерв Alias to Memory Read Block псевдоним чтения блока памяти Пакет +
1001 Резерв Alias to Memory Write Block, псевдоним записи блока памяти Пакет -
1010 Configuration Read Configuration Read, конфигурационное чтение DWORD +
1011 Configuration Write Configuration Write, конфигурационная запись DWORD +
1100 Memory Read Multiple Split Completion, завершение расщепленной транзакции Пакет -
1101 Dual Address Cycle Dual Address Cycle (DAC), цикл передачи расширенного адреса памяти - -
1110 Memory Read Line Memory Read Block, чтение блока памяти Пакет +
1111 Memory Write and Invalidate Memory Write Block, запись блока памяти Пакет -

Таблица. Декодирование команд шин PCI и PCI-X

В каждой команде шины указывается адрес, относящийся к первой фазе данных пакета. Для каждой последующей фазы данных пакета адрес увеличивается на 4 (следующее двойное слово) или 8 (для 64-битных передач), но в командах обращения к памяти предусматривался и иной порядок.

В шине PCI байты шины AD, несущие реальную информацию, определяются сигналами C/BE[3:0]# в фазах данных. Разрешенные байты могут быть разрозненными; возможны фазы данных, в которых не разрешено ни одного байта. В PCI-X правила разрешения байтов изменились (см. ниже). Сигналами C/BE[3:0]# управляет инициатор, он указывает требуемые байты для каждой фазы данных и не меняет состояние этих сигналов в течение всей этой фазы. В транзакциях чтения байты «заказывает» опять же инициатор; если поведение целевого устройства (источника данных для чтения) зависит от того, какие байты заказаны, то целевое устройство вынуждено растягивать каждую фазу данных. При этом в первом такте каждой фазы данных целевое устройство принимает C/BE[3:0]# и только в последующем такте (а может, и с дополнительным ожиданием) выдает данные чтения.

В отличие от шины ISA на PCI нет динамического изменения разрядности — все устройства должны подключаться к шине 32- или 64-разрядным способом. Если в устройстве PCI применяются функциональные схемы иной разрядности (к примеру, нужно подключить микросхему 8255, имеющую 8-битную шину данных и четыре регистра), то приходится применять схемотехнические методы преобразования, отображающие все регистры на 32-разрядную шину AD. Возможность 16-битных подключений появилась только во второй версии PCI-X.

Для каждого из трех пространств — памяти, портов ввода/вывода и конфигурационных регистров — адресация различна; в специальных циклах адрес игнорируется.



Адресация памяти

На шине PCI передается физический адрес памяти; в процессорах x86 (и других) он получается из логического посредством постраничной табличной трансляции блоком MMU.

В командах обращения к памяти на шине PCI адрес, выровненный по границе двойного слова, передается по линиям AD[31:2]; линии AD[1:0] задают порядок адресов в пакете: 

  • 00 — линейное инкрементирование; адрес последующей фазы отличается от предыдущего на число байтов шины (4 для 32-битной и 8 для 64-битной шины);
  • 10 — сворачивание адресов с учетом длины строки кэш-памяти (Cacheline Wrap mode). В транзакции адрес для очередной фазы увеличивается до достижения границы строки кэша, после чего переходит на начало этой строки и увеличивается до адреса, предшествующего начальному. Если транзакция длиннее строки кэша, то она продолжится в следующей строке с того же смещения, что и началась. Так, при длине строки 16 байт и 32-битной шине транзакция, начавшаяся с адреса xxxxxx08h, будет иметь последующие фазы данных, относящиеся к адресам xxxxxx0Ch, xxxxxx00h, xxxxxx04h; и далее к xxxxxx18h, xxxxxx1Ch, xxxxxx10h, xxxxxx14h. Длина строки кэша прописывается в конфигурационном пространстве устройства. Если устройство не имеет регистра Cache Line Size, то оно должно прекратить транзакцию после первой фазы данных, поскольку порядок чередования адресов оказывается неопределенным;
  • 01 и 11 — зарезервированы, могут использоваться как указание на отключение (Disconnect) после первой фазы данных.

Если требуется доступ к адресам свыше 4 Гбайт, то используется двухадресный цикл, передающий младшие 32 бита полного 64-битного адреса для последующей команды, вместе с которой передаются старшие биты адреса. В обычных командах подразумевается нулевое значение бит [63:32] полного адреса.

В PCI-X передается полный адрес памяти — используются все линии AD[31:0]. В пакетных транзакциях адрес определяет точное положение начального байта пакета, и всегда подразумевается линейный нарастающий порядок адресов. В пакетной транзакции участвуют все байты, начиная с данного и до последнего (по счетчику байтов). Запреты отдельных байтов в пакете (как в PCI) для транзакций PCI-X недопустимы. В одиночных транзакциях (DWORD) биты адреса AD[1:0] определяют байты, которые могут быть разрешены сигналами C/BE[3:0]#1: При AD[1:0] = 00 допустимо C/BE[3:0]# = xxxx (могут быть разрешены любые байты), при AD[1:0] = = 01 — C/BE[3:0]# = xxx1, при AD[1:0] = 10 — C/BE[3:0]# = xx11, при AD[1:0] = 11 — — C/BE[3:0]# = x111 (передается лишь байт 3 или ни один байт не разрешен).

 



Адресация ввода/вывода

В командах обращения к портам ввода/вывода для адресации любого байта используются (декодируются) все линии AD[31:0]. При этом биты адреса AD[31:2] указывают на адрес двойного слова, к которому принадлежат передаваемые данные, а младшие биты адреса AD[1:0] определяют байты, которые могут быть разрешены сигналами C/BE[3:0]#. Для транзакций ввода/вывода на PCI правила несколько иные, чем для обращений к памяти: если передается хотя бы один байт, то всегда должен быть разрешен и тот байт, на который указывает адрес. При AD[1:0] = 00 допустимо C/BE[3:0]# = xxx0 или 1111, при AD[1:0] = 01 — C/BE[3:0]# = xx01 или 1111, при AD[1:0] = 10 — C/BE[3:0]# = x011 или 1111, при AD[1:0] = 11 — C/BE[3:0]# = = 0111 (передается лишь байт 3) или 1111 (ни один байт не разрешен). Эти циклы формально тоже могут быть пакетными, хотя реально эта возможность практически не используется. Для адресации портов на шине PCI доступны все 32 бита адреса, но процессоры x86 могут использовать только младшие 16 бит.

Для транзакций ввода/вывода на PCIX распространяются те же взаимосвязи сигналов C/BE[3:0]# и те же адреса, что и для одиночных (DWORD) транзакций с памятью, приведенные в предыдущем разделе. Эти транзакции всегда одиночные (DWORD). 



Адресация конфигурационных регистров и специальный цикл

В командах конфигурационной записи/считывания применяется специфическая трактовка адреса, здесь формат адреса может быть одним из двух типов. Для доступа к регистрам устройства, расположенного на данной шине, используются конфигурационные транзакции типа 0. При этом устройство (карта расширения) выбирается индивидуальным сигналом IDSEL, который формируется мостом этой шины из номера устройства. Выбранное устройство на шине в битах AD[10:8] «видит» номер функции Fun, а в битах AD[7:2] — номер конфигурационного регистра Reg, при этом AD[1:0] = 00 является признаком типа 0. Линии AD[31:11] используются в качестве источника сигналов IDSEL для устройств данной шины. В спецификации на саму шину по линии AD11 передается IDSEL для устройства 0, по AD12 — для устройства 1, … по AD31 — для устройства 20. В спецификации на мосты приводится таблица, в которой используются только линии c AD16 (устройство 0) по AD31 (устройство 15). Устройства PCI, скомбинированные с мостом (расположенные с ним в одной микросхеме), могут использовать и большие номера, для которых линий AD уже не хватает. В PCI-X по линиям AD[15:11] передается недекодированный номер устройства Dev — он нужен устройству для передачи в качестве части своего идентификатора в атрибутах транзакции. Для устройств, работающих в Mode 1, для IDSEL используются линии AD[31:16], а для Mode 2 — только AD[23:16], так что максимальный номер устройства — 7. Это позволяет расширить конфигурационное пространство функции до 4 Кбайт: в качестве старших бит номера конфигурационного регистра UReg используются линии AD[27:24]. 

Для доступа к устройствам других шин используются конфигурационные транзакции типа 1. Здесь номер шины Bus, на котором расположено искомое устройство, определяется битами AD[23:16]; номер устройства Dev — битами AD[15:11], номер функции Fun — битами AD[10:8]; номер регистра Reg — битами AD[7:2]; при этом AD[1:0] = 01 является признаком типа 1. В PCI-X для Mode 2 по AD[27:24] передаются старшие биты номера регистра (UReg).

Поскольку биты AD[1:0] используются для идентификации типа транзакции, конфигурационные регистры адресуются только двойными словами. Различение двух типов конфигурационных транзакций используется для построения иерархической системы конфигурирования PCI. Мост, приведший конфигурационную транзакцию к шине, на которой расположено целевое устройство, преобразует транзакцию типа 1 в транзакцию типа 2. Заметим, что в отличие от транзакций по адресам памяти и ввода/вывода, которые от инициатора до адресованного целевого устройства доберутся при любом их взаимном расположении, конфигурационные транзакции распространяются по иерархии шин только «вниз» — от хоста (центрального процессора) через главную шину к подчиненным. Таким образом, только хост может выполнить конфигурирование всех устройств PCI (включая и мосты), и это его «почетная обязанность».

В широковещательной команде PCI, называемой специальным циклом, в фазе адреса информация по шине AD не передается. Любой агент шины PCI может вызвать специальный цикл на любой конкретно заданной шине, используя транзакцию конфигурационной записи типа 1, указав номер шины в битах AD[23:16]. При этом в полях номеров устройства и функции (в битах AD[15:8]) должны быть все единицы, в поле номера регистра — нули. Эта транзакция проходит между шинами независимо от взаимного расположения источника и целевой шины, и только самым последним мостом, приведшим ее к целевой шине, преобразуется в собственно специальный цикл.