Шина PCI

- Развитием стандарта PCI занимается организация PCI Special Interest Group.
- Шины PCI 64/66 и PCI-X 1.0, 2.0 являются разновидностями шины PCI, предлагаю вдвое большую ширину полосы пропускания (64 бита) и более высокие тактовые частоты - от 66 до 533 МГц с сохранением обратной совместимости.
- На основе архитектуры PCI была разработана узкоспециализированная шина AGP для подключения графических ускорителей.
- Наиболее широкое применение шины PCI пришлось на период с 1995 по 2005 год. По окончании этого периода на смену PCI пришла последовательная и более быстрая шина PCI Express. Но несмотря на это, использование плат с шиной PCI не прекратилась, поскольку разработка PCI-плат отличается небольшой себестоимостью и низкой сложностью. PCI-платы широко применяются в промышленных компьютерах.

PCI является синхронной шиной, в которой все сигналы синхронизируются по тактовому сигналу.

Адресные пространства. PCI предоставляет три адресных пространства: 1) пространство адресов памяти, 2) пространство адресов ввода-вывода и 3) пространство конфигурации.

Адреса памяти имеют размер 32 бита (но могут быть длиной до 64 бит), поддерживают кэширование и могут быть пакетными транзакциями.

Адреса ввода-вывода предназначены для совместимости с адресным пространством портов ввода-вывода архитектуры Intel x86. Хотя спецификация шины PCI допускает пакетные транзакции в любом адресном пространстве, большинство устройств поддерживают ее только для адресов памяти, а не ввода-вывода.

Пространство конфигурации PCI обеспечивает доступ к 256 байтам специальных регистров конфигурации на каждое устройство PCI. Каждый слот PCI получает свой собственный диапазон адресов пространства конфигурации. Регистры используются для настройки памяти устройств и диапазонов адресов ввода-вывода, на которые они должны реагировать от инициаторов транзакций. При запуске компьютера, его BIOS (или операционная система) опрашивает все порты PCI через пространство конфигурации PCI, чтобы узнать, какие устройства присутствуют и какие системные ресурсы (пространство памяти, пространство ввода-вывода, линии прерывания и т. д.) ) каждому нужно. Затем он распределяет ресурсы и сообщает каждому устройству, каково их распределение.

Таймеры задержки. Архитектура PCI предусматривает таймеры задержки, предназначенные для справедливого (Fair) распределения пропускной способности шины между несколькими устройствами. Каждое PCI-устройство, которое может работать в режиме мастера шины, должно реализовать таймер задержки, который ограничивает время, в течение которого устройство может удерживать шину PCI. Таймер запускается, когда устройство получает право собственности на шину, и ведет обратный отсчет со скоростью тактового импульса PCI. Когда счетчик достигает нуля, устройство обязано освободить шину. Если никакие другие устройства не ожидают своей очереди на шину, оно может просто снова захватить шину и передать больше данных.

Прерывания. Прерывание - сигнал от внешнего устройства центральному процессору на то, что он должен на время прекратить свою текущую работу и обработать запрос от этого устройства (принять данные, отдать данные и пр.). Возможность подать сигнал прерывания в PCI реализована четырьмя линиями. Линии не подключены параллельно, как другие линии шины PCI. Положения линий прерывания чередуются между слотами, поэтому то, что для одного устройства отображается как вывод INTA#, для следующего является INTB#, а для следующего за ним INTC#. Однофункциональные устройства обычно используют свой INTA# для сигнализации прерывания, поэтому нагрузка на устройство распределяется равномерно по четырем доступным линиям прерывания. Это устраняет распространенную проблему с совместным использованием прерываний.

Если требуется в транзакции указать 64-битный адрес, то такой адрес передается в два этапа. Инициатор передает младшие 32 бита адреса в сопровождении специального командного кода, говорящего о том, что это еще не весь адрес. В следующем цикле инициатор передает оставшиеся (старшие) 32 бита адреса с указанием код реальной команды.

Данные по шине PCI передаются в виде транзакций - целостных логически сформированных битовых партий (фаз), каждая из которых друг без друга не имеет смысла.

Каждая транзакция состоит из фазы адреса фазы данных. Есть инициатор(отправитель) транзакции и есть получатель. Бывают транзакции на чтение и на запись данных. Любая из сторон может приостановить или остановить передачу данных в любой момент, если вдруг будет не успевать обрабатывать данные.

Инициировать транзакцию может любое устройство, подключенное к PCI. Но прежде чем начать свою транзакцию, устройство должно спросить разрешение на это у арбитра PCI-шины, находящегося на материнской плате. Арбитр, в зависимости от состояния шины, может предоставить или не предоставить такое разрешение. Если разрешение предоставлено, инициатор адрес в 32-битном формате и 4-битный код команды, говорящий о том, что необходимо сделать по этому адресу. После передачи своей транзакции, устройство ожидает ответа от адресата.

Все транзакции PCI контролируются пятью основными управляющими сигналами, два из которых издаются инициатором транзакции (FRAME# и IRDY#), а три управляются целью (адресатом) (DEVSEL#, TRDY# и STOP#). Есть еще два дополнительных арбитражных сигнала (REQ# и GNT#), которые используются для получения разрешения на инициирование транзакции.

Любое устройство на шине PCI, способное выступать в роли ведущего устройства, может инициировать транзакцию с любым другим устройством. Чтобы гарантировать, что одновременно инициируется только одна транзакция, каждый мастер должен сначала дождаться сигнала предоставления шины GNT# от арбитра, расположенного на материнской плате.

Во время передачи данных могут возникать ошибки. Шина способна их обнаружить, но не способна исправить. Вместо этого поврежденные данные отправляются заново.