PCI总线的存储器读写总线事务

PCI总线使用单端并行数据线，采用地址译码方式进行数据传递，而采用ID译码方式进行配置信息的传递。其中地址译码方式使用地址信号，而ID译码方式使用PCI设备的ID号，包括Bus Number、Device Number、Function Number和Register Number。下文将以图1‑1中的处理器系统为例，简要介绍PCI总线支持的总线事务及其传送方式。

如表1‑2所示，PCI总线支持多种总线事务。而本节重点介绍存储器读写总线事务，I/O读写总线事务，并在第2.4节详细介绍配置读写总线事务。值得注意的是，PCI设备只有在系统软件初始化配置空间之后，才能够被其他主设备访问。

当PCI设备的配置空间被初始化之后，该设备在当前的PCI总线树上将拥有一个独立的PCI总线地址空间，即BAR((Base Address Register)寄存器所描述的空间，有关BAR寄存器的详细说明见第2.3.2节。

处理器与PCI设备进行数据交换，或者PCI设备之间进行存储器数据交换时，都将通过PCI总线地址完成。而PCI设备与主存储器进行DMA操作时，使用的也是PCI总线域的地址，而不是存储器域的地址，此时HOST主桥将完成PCI总线地址到存储器域地址的转换，不同的HOST主桥进行地址转换时使用的方法并不相同。

PCI总线的配置读写总线事务与HOST主桥与PCI桥相关，因此读者需要了解HOST主桥和PCI桥的详细实现机制之后，才能深入理解这部分内容。本篇将在第2.4节详细介绍这些内容。在下文中，我们假定所使用的PCI设备的配置空间已经被系统软件初始化。

PCI总线支持以下几类存储器读写总线事务。

(1)HOST处理器对PCI设备的BAR空间进行数据读写，BAR空间可以使用存储器或者I/O译码方式。HOST处理器使用PCI总线的存储器读写总线事务和I/O读写总线事务访问PCI设备的BAR空间。

(2)PCI设备之间的数据传递。在PCI总线上的两个设备可以直接通信，如一个PCI设备可以访问另外一个设备的BAR空间。不过这种数据传递在PC处理器系统中，较少使用。

(3)PCI设备对主存储器进行读写，即DMA读写操作。DMA读写操作在所有处理器系统中都较为常用，也是PCI总线数据传送的重点所在。在多数情况下，DMA读写操作结束后将伴随着中断的产生。PCI设备可以使用INTA#、INTB#、INTC#和INTD#信号提交中断请求，也可以使用MSI机制提交中断请求。

1.3.1PCI总线事务的时序

PCI总线使用第1.2节所述的信号进行数据和配置信息的传递，一个PCI总线事务的基本访问时序如图1‑3所示，与PCI总线事务相关的控制信号有FRAME#、IRDY#、TRDY#、DEVSEL#等其他信号。

当一个PCI主设备需要使用PCI总线时，需要首先发送REQ#信号，通过总线仲裁获得总线使用权，即GNT#信号有效后，使用以下步骤完成一个完整PCI总线事务，对目标设备进行存储器或者I/O地址空间的读写访问。

(1)当PCI主设备获得总线使用权之后，将在CLK1的上升沿置FRAME#信号有效，启动PCI总线事务。当PCI总线事务结束后，FRAME#信号将被置为无效。

(2)PCI总线周期的第一个时钟周期(CLK1的上升沿到CLK2的上升沿之间)为地址周期。在地址周期中，PCI主设备将访问的目的地址和总线命令分别驱动到AD[31:0]和C/BE#信号上。如果当前总线命令是配置读写，那么IDSEL信号线也被置为有效，IDSEL信号与PCI总线的AD[31:11]相连，详见第2.4.4节。

(3)当IRDY#、TRDY#和DEVSEL#信号都有效后，总线事务将使用数据周期，进行数据传递。当IRDY#和TRDY#信号没有同时有效时，PCI总线不能进行数据传递，PCI总线使用这两个信号进行传送控制。

(4)PCI总线支持突发周期，因此在地址周期之后可以有多个数据周期，可以传送多组数据。而目标设备并不知道突发周期的长度，如果目标设备不能继续接收数据时，可以disconnect当前总线事务。值得注意的是，只有存储器读写总线事务可以使用突发周期。

一个完整的PCI总线事务远比上述过程复杂的多，因为PCI总线还支持许多传送方式，如双地址周期、fast back-to-back(快速背靠背)、插入等待状态、重试和断连、总线上的错误处理等一系列总线事务。本篇不一一介绍这些传送方式。

1.3.2Posted和Non-Posted传送方式

PCI总线规定了两类数据传送方式，分别是Posted和Non-Posted数据传送方式。其中使用Posted数据传送方式的总线事务也被称为Posted总线事务；而使用Non-Posted数据传送方式的总线事务也被称为Non-Posted总线事务。

其中Posted总线事务指PCI主设备向PCI目标设备进行数据传递时，当数据到达PCI桥后，即由PCI桥接管来自上游总线的总线事务，并将其转发到下游总线。采用这种数据传送方式，在数据还没有到达最终的目的地之前，PCI总线就可以结束当前总线事务，从而在一定程度上解决了PCI总线的拥塞。

而Non-Posted总线事务是指PCI主设备向PCI目标设备进行数据传递时，数据必须到达最终目的地之后，才能结束当前总线事务的一种数据传递方式。

显然采用Posted传送方式，当这个Posted总线事务通过某条PCI总线后，就可以释放PCI总线的资源；而采用Non-Posted传送方式，PCI总线在没有结束当前总线事务时必须等待。这种等待将严重阻塞当前PCI总线上的其他数据传送，因此PCI总线使用Delayed总线事务处理Non-Posted数据请求，使用Delayed总线事务可以相对缓解PCI总线的拥塞。Delayed总线事务的详细介绍见第1.3.5节。

PCI总线规定只有存储器写请求(包括存储器写并无效请求)可以采用Posted总线事务，下文将Posted存储器写请求简称为PMW(Posted Memory Write)，而存储器读请求、I/O读写请求、配置读写请求只能采用Non-Posted总线事务。