COM载板设计之七：PCIe
PCIE接口的设计与应用
PCIE接口的设计与应用
PCI Express (PCIe) 是一种高性能 I/O 存储接口，具有高的传输速
率和低的延迟。
PCIe 接口是一种多线程，面向带宽的总线接口，用于替
代传统的 PCI 和 AGP 总线。
它可以有效地处理多个设备的 I/O 请求，
提高计算机性能。
PCIe连接是一种多通道接口，支持一种以上的协议，可以连接多种
外部设备，包括硬盘驱动器，RAID控制器，网络适配器，视频卡，和声
卡等等。
这些外部设备可以同时工作，并灵活地调整外部设备的性能。
PCIe也可以用于支持多种I/O设备，包括键盘，鼠标，打印机，存储设备，外部设备等等。
PCIe接口不仅提供了高性能，而且还有许多其它优点，这些优点在
现代的计算机系统中都发挥了重要作用。
首先，PCIe连接是独立的系统，它并不依赖于外部设备，因此可以自由地在计算机系统中进行多次重装和
更新。
其次，PCIe接口也支持高速数据传输，让外部设备的响应更快。
此外，PCIe也可以支持多种类型的外部设备，包括不同功耗的设备，有
针对性地管理电源，帮助计算机节省能源。
PCIe接口的应用非常广泛。
PCIE简介
PCI ExpressPCI Express ，简称PCI-E ，是电脑总线PCI 的一种，它沿用了现有的PCI 编程概念及通讯标准，但建基于更快的串行通信系统。
英特尔是该接口的主要支援者。
PCIe 仅应用于内部互连。
由于PCIe 是基于现有的PCI 系统，只需修改物理层而无须修改软件就可将现有PCI 系统转换为PCIe 。
PCIe 拥有更快的速率，以取代几乎全部现有的内部总线（包括AGP 和PCI ）。
英特尔希望将来能用一个PCIe 控制器和所有外部设备交流，取代现有的南桥／北桥方案。
除了这些，PCIe 设备能够支援热拔插以及热交换特性，支援的三种电压分别为+3.3V 、3.3Vaux 以及+12V 。
考虑到现在显卡功耗的日益增加，PCIe 而后在规范中改善了直接从插槽中取电的功率限制，16x 的最大提供功率达到了75W ，比AGP 8X 接口有了很大的提升。
基本可以满足当时(2004年)中高阶显卡的需求。
这一点可以从AGP 、PCIe 两个不同版本的6600GT 显卡上就能明显地看到，后者并不需要外接电源。
PCIe 只是南桥的扩展总线，它与操作系统无关，所以也保证了它与原有PCI 的兼容性，也就是说在很长一段时间内在主板上PCIe 接口将和PCI 接口共存，这也给用户的升级带来了方便。
由此可见，PCIe 最大的意义在于它的通用性，不仅可以让它用于南桥和其他设备的连接，也可以延伸到芯片组间的连接，甚至也可以用于连接图形芯片，这样，整个I/O 系统重新统一起来，将更进一步简化计算机系统，增加计算机的可移植性和模块化。
历史在2001年的春季英特尔开发者论坛（IDF ）上Intel 公布了取代PCI 总线的第三代I/O 技术，被称为“3GIO ”。
该总线的规范由Intel 支持的AWG （Arapahoe Work Group ）负责制定。
2002年4月17日，AWG 正式宣布3GIO 1.0规范草稿制定完毕，移交PCI 特殊兴趣组织（PCI-SIG ）进行审核，2002年7月23日经过审核后正式公布，改名为“PCI Express ”，并根据开发蓝图2006年正式推出Spec2.0（2.0规范）。
PCIe协议相关资料要点
PCIe协议相关资料要点PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）是一种计算机总线标准，用于连接计算机系统的外部设备。
它在现代计算机中广泛应用于图形卡、存储卡和扩展卡等设备的连接。
下面是PCIe协议的相关资料要点。
一、PCIe协议概述PCIe协议是一种高速串行通信协议，用于在计算机系统中传输数据。
它取代了传统的PCI总线，提供更高的带宽和更可靠的性能。
PCIe协议具有以下特点：1. 高速性能：PCIe协议支持多个通道和多个数据传输通路，并且每个通道都可以达到多Gbps的传输速度。
2. 点对点连接：PCIe协议采用点对点连接方式，每个设备都直接连接到主机，并且不会与其他设备共享带宽。
3. 热插拔支持：PCIe协议支持热插拔功能，可以在计算机运行时插入或拔出设备，而无需重新启动系统。
4. 多功率状态支持：PCIe协议支持多功率状态，可以有效地管理设备的能耗。
二、PCIe协议架构PCIe协议的架构包括物理层、数据链路层和传输层。
每个层级都有不同的功能和责任。
1. 物理层（Physical Layer）：物理层负责在发送和接收设备之间传输数据。
它定义了数据传输的电气特性、传输速度和功耗等参数。
2. 数据链路层（Data Link Layer）：数据链路层负责在发送和接收设备之间建立可靠的数据传输连接。
它通过发送和接收数据包来确保数据的完整性和可靠性。
3. 传输层（Transport Layer）：传输层负责数据的路由和传输。
它根据设备的地址和标识符来确定数据的发送和接收。
三、PCIe协议数据传输PCIe协议的数据传输分为读取和写入两种方式。
1. 读取（Read）：读取是指从PCIe设备读取数据到主机内存。
读取传输由主机启动，并且主机提供要读取的目标地址。
读取过程中，设备将数据传输到主机内存中的指定地址。
2. 写入（Write）：写入是指将数据从主机内存写入到PCIe设备。
pci 原理
pci 原理
PCI（Peripheral Component Interconnect）是一种高速的总线标准，用于在计算机内部连接各种外设设备，例如显卡、网卡、声卡等。
PCI采用并行传输方式，通过总线上的32根信号线进行数据
传输。
其中，30根信号线用于数据传输，一根信号线用于传
输校验信息，还有一根信号线用于传输时钟信号。
数据传输速度可达到133MB/s（PCI-X技术）或者533MB/s（PCI Express
技术）。
PCI总线支持多主设备的并行传输，因此允许多个设备同时连
接到计算机的主板上。
每个设备都有一个唯一的设备号，并通过设备号来区分。
PCI总线还支持总线主设备和总线代理的体
系结构。
总线主设备是计算机主板上的主控制器，负责将数据从主机传输到外设设备，而总线代理则是外设设备上的控制器。
PCI总线的通信是通过事务的方式进行的。
事务由事务发起方（如总线主设备）发送到事务目标方（如外设设备），并包含读、写、配置等类型的操作。
事务的发起方和目标方之间通过地址线、控制线和数据线进行通信。
PCI总线还支持插拔式设备的热插拔功能。
当外设设备需要加
入或者退出总线时，可以随时插入或者拔出，而不需要关闭计算机。
这使得系统维护更加方便。
总的来说，PCI总线作为一种高速并行传输标准，提供了计算
机与外设设备之间的可靠数据传输通道。
它的设计使得扩展和维护计算机系统变得更加方便和灵活。
PCB设计---PCIE设计总结
PCB设计---PCIE设计总结PCIE的PCB设计总结封装：常见的PCIE连接器有X1、X4、X8、X16，其中数字代表的是有多少条lane，例如X1,表示1条lane，即1对接收差分信号和1对发送差分信号。
不同连接器的管脚数量不同，如下图，为X8连接器。
通过管脚号，可以判断是哪种slot,其中：PCIeX1(A18B18)---1条lane；PCIeX4(A32B32)---4条lane；PCIeX8(A49B49)---8条lane；PCIeX16(A82B82)---16条lane；PCIE速率：PCIE信号属于高速数字信号，版本越高，速率越高，目前的服务器和主板上比较常见的是PCIE3.0。
PCIE速率见下表；PCI ExpressIntroduced Line Transfer Throughput[i]version code rate[i] ×1 ×2 ×4 ×8 ×161 2003 8b/10b 2.5 GT/s 250 MB/s 0.50 GB/s 1.0 GB/s 2.0 GB/s 4.0 GB/s2 2007 8b/10b 5.0 GT/s 500 MB/s 1.0 GB/s 2.0 GB/s 4.0 GB/s 8.0 GB/s3 2010 128b/130b 8.0 GT/s 984.6 MB/s 1.97 GB/s 3.94 GB/s 7.88 GB/s 15.8 GB/s4 2017 128b/130b 16.0 GT/s 1969 MB/s 3.94 GB/s 7.88 GB/s 15.75 GB/s 31.5 GB/s5 expected inQ22019[33]128b/130b 32.0 GT/s[ii] 3938 MB/s 7.88 GB/s 15.75 GB/s 31.51 GB/s 63.0 GB/s在设计PCIE时，要满足SI要求，接下来以slot的设计为例，对PCB布局、布线进行说明。
pciexpress简介及详细资料
pciexpress简介及详细资料基本概念PCI Express的接口根据汇流排位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16（X2模式将用于内部接口而非插槽模式）。
较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。
PCI Express 接口能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。
PCI Express卡支持的三种电压分别为+3.3V、3.3Vaux以及+12V。
用于取代AGP接口的PCI Express接口位宽为X16，将能够提供5GB/s的频宽，即便有编码上的损耗但仍能够提供4GB/s左右的实际频宽，远远超过AGP 8X的2.1GB/s的频宽。
PCI Express规格从1条通道连线到32条通道连线，有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对资料传输频宽不同的需求。
例如，PCI Express X1规格支持双向资料传输，每向资料传输频宽250MB/s，PCI Express X1已经可以满足主流声效晶片、网卡晶片和存储设备对资料传输频宽的需求，但是远远无法满足图形晶片对资料传输频宽的需求。
因此，必须采用PCI Express X16，即16条点对点资料传输通道连线来取代传统的AGP汇流排。
PCI Express X16也支持双向资料传输，每向资料传输频宽高达4GB/s，双向资料传输频宽有8GB/s之多，相比之下，目前广泛采用的AGP 8X资料传输只提供2.1GB/s的资料传输频宽。
尽管PCI Express技术规格允许实现X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X12，X16和X32通道规格，但是依目前形式来看，PCI Express X1和PCI Express X16将成为PCI Express主流规格，同时晶片组厂商将在南桥晶片当中增加对PCI Express X1的支持，在北桥晶片当中增加对PCI Express X16的支持。
除去提供极高资料传输频宽之外，PCI Express因为采用串列封包方式传递资料，所以PCI Express接口每个针脚可以获得比传统I/O标准更多的频宽，这样就可以降低PCI Express设备生产成本和体积。
pci接口原理
pci接口原理PCI接口原理PCI（Peripheral Component Interconnect）是一种计算机总线接口标准，用于将计算机的主机与外部设备连接起来。
它是一种高性能、高带宽、低延迟的接口，广泛应用于各种计算机系统中。
PCI接口的原理是基于总线的工作方式。
总线是计算机内部各个部件之间进行通信的公共路径，它可以传输控制信号、地址信息和数据。
PCI接口通过总线来实现主机与外部设备之间的通信。
在PCI接口中，主机是指计算机的中央处理器（CPU）和主板上的桥接器，外部设备是指连接到主机上的各种扩展卡，如显卡、网卡、声卡等。
PCI接口采用了一种分布式的总线结构，其中包含了一个主机控制器和多个从设备控制器。
主机控制器是主机与总线之间的接口，它负责控制总线的工作，包括总线的初始化、数据传输、中断处理等。
从设备控制器是外部设备与总线之间的接口，它负责接收和发送数据，执行主机的命令。
PCI接口的工作流程如下：1. 初始化：主机控制器首先对总线进行初始化，包括设置总线的工作频率、传输模式等参数。
2. 配置：主机控制器通过配置命令将外部设备控制器的信息加载到主机的配置空间中，包括设备的厂商ID、设备ID、中断号等。
3. 寻址：主机控制器通过总线上的地址线将数据传输到指定的外部设备控制器。
地址线是一组用于传输设备地址信息的导线。
4. 数据传输：主机控制器通过总线上的数据线将数据传输到指定的外部设备控制器。
数据线是一组用于传输数据的导线。
5. 中断处理：外部设备控制器可以向主机控制器发送中断请求信号，主机控制器接收到中断请求后，会立即停止当前的数据传输，并处理中断请求。
PCI接口的优点包括：1. 高性能：PCI接口采用了并行传输方式，具有高带宽和低延迟的特点，可以满足大部分计算机系统对数据传输速度的需求。
2. 灵活性：PCI接口支持热插拔和自动配置功能，可以方便地添加或移除外部设备，而无需重新启动计算机。
PCIe是什么？PCIe标准和PCIe布线规则总结概述
PCIe是什么？PCIe标准和PCIe布线规则总结概述PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔在2001年提出的，旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准。
PCIe属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享总线带宽，主要支持主动电源管理，错误报告，端对端的可靠性传输，热插拔以及服务质量(QOS)等功能。
PCIe交由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织）认证发布后才改名为“PCI-Express”，简称“PCI-E”。
它的主要优势就是数据传输速率高，目前最高的16X 2.0版本可达到10GB/s，而且还有相当大的发展潜力。
PCI Express也有多种规格，从PCI Express 1X到PCI Express 32X，能满足将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。
PCI-Express最新的接口是PCIe 3.0接口，其比特率为8GB/s，约为上一代产品带宽的两倍，并且包含发射器和接收器均衡、PLL改善以及时钟数据恢复等一系列重要的新功能，用以改善数据传输和数据保护性能。
INTEL、IBM、LSI、OCZ、三星(计划中)、SanDisk、STEC、SuperTalent和东芝(计划中)等，而针对海量的数据增长使得用户对规模更大、可扩展性更强的系统所应用，PCIe 3.0技术的加入最新的LSI MegaRAID控制器及HBA产品的出色性能，就可以实现更大的系统设计灵活性。
当然，主流主板都能能支持PCI Express 1.0 16X，也有部分较高端的主板支持PCI Express 2.016X。
PCIe标准PCI Express卡适合其物理尺寸或更大的插槽（使用×16作为最大的），但可能不适合更小的PCI Express插槽;例如，×16卡可能不适合×4或×8插槽。
PCIE接口介绍-修改
PCIe接口介绍PCIe接口简介PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）总线的诞生与PC(Personal Computer)的蓬勃发展密切相关，是由PCISIG (PCI Special Interest Group，主要是intel)推出的一种局部并行总线标准，主要应用于电脑和服务器的主板上（目前几乎所有的主板都有PCIe 的插槽），功能是连接外部设备（如显卡、存储、网卡、声卡、数据采集卡等）。
PCI总线规范最早在上世纪九十年代提出，属于单端并行信号的总线，目前已淘汰，被PCIe总线（在2001年发布，采用点对点串行连接）替代。
目前PCIe的主流应用是3.0，4.0还没正式推出，但标准已经制定的差不多了。
PCI总线使用并行总线结构，在同一条总线上的所有外部设备共享总线带宽，而PCIe总线使用了高速差分总线，并采用端到端的连接方式，因此在每一条PCIe链路中只能连接两个设备。
这使得PCIe与PCI总线采用的拓扑结构有所不同。
PCIe总线除了在连接方式上与PCI总线不同之外，还使用了一些在网络通信中使用的技术，如支持多种数据路由方式，基于多通路的数据传递方式，和基于报文的数据传送方式，并充分考虑了在数据传送中出现服务质量QoS (Quality of Service)问题。
每一个Lane上使用的总线频率与PCIe总线使用的版本相关。
不相同。
PCIe总线V1.x和V2.0规范在物理层中使用8/10b编码，即在PCIe链路上的10 bit中含有8 bit的有效数据；而V3.0规范使用128/130b编码方式，即在PCIe链路上的130 bit中含有128 bit的有效数据。
实际使用中，PCIe无法一直维持在峰值传输状态，因为编码方式、链路管理消耗、存储时间延迟等原因，一般只有50%～60%的效率。
PCIe接口原理连接方式PCIe链路使用“端到端的数据传送方式”，发送端和接收端中都含有TX(发送逻辑)和RX(接收逻辑)，其结构如图一。
PCIE架构简介
随着线速度的增加，物理层的设计不仅更艰难，且还要必须小心地应对整合问题以规避在超过 1Gbps 吞吐量情况下，会发生的信号完整性问题。高速时的封装和板级设计变得更加困难和耗时且经常导致 项目延期。此外，高性能物理层设计要求在高速模拟通信方面有高超技巧。取决于设备制造工艺，这 种通信很关键，因此设计师必须具备基本器件物理方面的认识。这种专门知识只有通过丰富的设计经 验才能获得。困难不仅存在于物理层开发，且物理层还必须与其他公司设计的 PCIe 接口互操作。因 此，PCI-SIG 组织提供一致性测试服务——通常称为“plug-fests”——以测试一个设计是否符合规 范及与其他设备的互操作性。
• PCIe交换器把数据路由至下游多个PCIe端口，并分别从其中每个端口路由到上游唯一一个根联 合体。PCIe交换器也可以灵活地把数据从一个下游端口路由到另一个下游端口（点对点），它 消除了传统PCI系统限制性的树状结构。
• 端点通常位于终端应用内，它负责连接应用与系统内的PCIe网络。端点要求并完成PCIe事务传 输。一般来说，系统内的端点比任何其他类型的PCIe部件都要多。
在物理硬件内：从串行引脚层到 PIPE 接口层统称为物理层；从 PIPE 接口到应用的那些层统称为数 字控制器。任何给定 PCIe 链路的端点都必须包括物理层和数字控制器。图 3 显示了插入到根联合体 内的 PCIe 物理层和控制器以及来自在图 1 中定义的子系统内的端点。端点使用端点端口，根联合体 设备使用根端口。图 3 显示了展延进各自物理层的端口类型以及控制器功能。
Physical Coding Sub-layer
8b/10b 编码/解码 弹性缓冲器 Rx检 测
PCI-E资料(全)
TxData Command Status RxData PClk
Transaction Link xx
State machines for Link Training and Status State Machine (LTSSM) and lane0lane deskew
转向PCIe主要是为了实现显著增强系统吞吐量、扩容性和灵活性的目标，同时还要降低制造成本，而这 些都是基于总线的传统互连标准所达不到的。PCI Express标准在设计时着眼于未来，并且能够继续演 进，从而为系统提供更大的吞吐量。第一代PCIe规定的吞吐量是每秒2.5千兆比特（Gbps），第二代规 定的吞吐量是5.0 Gbps，而最近公布PCIe 3.0标准已经支持8.0 Gbps的吞吐量。在PCIe标准继续充分利 用最新技术来提供不断加大的吞吐量的同时，采用分层协议也便于PCI向PCIe的演进，并保持了与现有 PCI应用的驱动程序软件兼容性。
Chip Set with Root Complex
PCIe RC Controller
PHY
PHY PCIe Endpoint
Endpoint
图3：SoC芯片内的PHY和控制器运用
正如上文所述，2个端口之间的虚线代表着链路。PCIe链路是单向的，并采用了低压差分信号。PCIe规 格定义了链路可以包含多达32个并行通道，用于将PCIe 1.x（2.5Gbps）链路的吞吐量扩展至80 Gbps， 或将PCIe 2.0（5.0 Gbps）的吞吐量扩展至160 Gbps。同一链路内的每个线路（Lane）均提供了自己的 内嵌时钟信号，因而无需在PC电路板上实现线路长度匹配——这种匹配是以前PCI接口为了保持时序所 必需的。
PCIe规格内所定义的此协议遵循的是开源促进会（OSI）模型。此协议分隔成5个基本层，如图2左侧所 示。本节对机械层和物理层进行了综述；后续各节将针对链路层、事务处理层和应用层进行说明。
COM载板设计之四SATA和PCI接口
COM 载板设计之四：SATA 和PCI 接口2.8 SATA支持多达4个SATA 端口，至少支持2个SATA 端口。
允许SATA-150和SATA-300，但是SATA-300的限制会更严格。
支持内部和外部SATA （eSATA ），eSATA 接口必须具备防静电，容忍更多次插拔，eSATA 连接器与SATA 也不一样，eSATA 不是“L ”型连接器。
所以SATA 和eSATA 电缆不兼容。
2.8.1 信号定义表15 SATA 信号定义信号脚描述I/O 注释 SATA0_RX+ SATA0_RX- A19 A20 SATA0接受差分对I SATASATA0_TX+ SATA0_TX- A16 A17 SATA0发送差分对 O SATASATA1_RX+ SATA1_RX- B19 B20 SATA1接受差分对 I SATASATA1_TX+ SATA1_TX- B16 B17 SATA1发送差分对 O SATASATA2_RX+ SATA2_RX- A25 A26 SATA2接受差分对 I SATASATA2_TX+ SATA2_TX- A22 A23 SATA2发送差分对 O SATASATA3_RX+ SATA3_RX- B25 B26 SATA3接受差分对 I SATASATA3_TX+ SATA3_TX- B22 B23SATA3发送差分对 O SATASATA_ACT# A28 SATA 有效指示灯，OC 输出，在SATA 命令有效期间输出O 3.3V CMOSOC驱动能力10mA表16 SATA 连接器脚信号描述1 GND地2 TX+ 发送差分对+3 TX- 发送差分对-4 GND地5 RX- 接收差分对+6 RX+ 接收差分对-7 GND地2.8.2 参考设计图22 SATA连接图模块提供了一个指示灯信号SATA_ACT#来指示SATA驱动有效。
SATA连接器是Molex67491-0019，一个1.27mm脚宽的高速垂直插拔连接器。
pci-e
pci-ePCI-E是指Peripheral Component Interconnect Express的缩写，是一种用于连接计算机主板和外部硬件设备的接口标准。
PCI-E接口是目前计算机主板上最常见的扩展槽之一，广泛应用于图形卡、网卡、声卡等高速数据传输设备的连接。
作为一种高速的扩展接口，PCI-E拥有许多优势。
首先，PCI-E接口的带宽很大，可以支持高速数据传输。
传统的PCI接口速度较慢，无法满足现代计算机对高速数据传输的需求。
而PCI-E接口以其快速的数据传输速率，能够满足计算机处理大量数据的需求。
其次，PCI-E接口具有独立的全双工通信通道。
与传统的PCI接口相比，PCI-E接口可以同时进行传输和接收数据，大大提高了数据的传输效率。
这种独立通道的设计可以有效降低多设备共享带宽时的冲突和资源竞争，提升系统的整体性能。
PCI-E接口还支持热插拔功能。
这意味着用户可以在计算机运行的情况下插入或拔出PCI-E设备，而无需重新启动计算机。
这对于需要频繁更换或添加硬件设备的用户来说非常方便，大大提高了工作效率。
此外，PCI-E接口还具有可靠性和稳定性好的特点。
它采用差分信号传输技术，减少了信号干扰和数据传输错误的可能性。
同时，PCI-E接口还支持误码校验和纠正功能，可以检测和修复传输过程中的错误，提高了数据传输的可靠性。
在实际应用中，PCI-E接口被广泛应用于图形卡和扩展卡等设备的连接。
对于需要进行大量图形处理的用户，如游戏玩家、视频编辑人员等，PCI-E接口能够提供高速的图形数据传输，保证图像的流畅性和清晰度。
另外，通过PCI-E接口扩展的网络卡和声卡等设备，也能够实现高速的数据传输。
无论是办公室网络的需求，还是需要进行音频录制和编辑的用户，PCI-E接口都能够提供稳定且高效的数据传输，满足用户的需求。
总结起来，PCI-E接口作为一种高速的扩展接口，在计算机领域具有广泛的应用前景。
它不仅可以满足大数据传输的需求，还具有独立通道、热插拔、可靠性和稳定性等特点，大大提高了计算机系统的性能和可靠性。
pci接口芯片
pci接口芯片PCI（Peripheral Component Interconnect）是一种计算机总线标准，用于将外部设备与计算机主机进行连接。
PCI接口芯片是指用于管理和控制PCI总线的芯片。
下面将详细介绍PCI接口芯片。
PCI接口芯片的功能：1. 总线控制：PCI接口芯片可以控制总线的工作状态，包括总线的时钟频率、电压等参数的设置。
2. 总线仲裁：PCI总线上可能同时存在多个设备，PCI接口芯片负责对总线上的设备进行仲裁，分配总线访问权。
它可以判断总线上哪个设备可以访问总线以及何时访问。
3. 数据交换：PCI接口芯片可以接收和发送数据，以进行设备间的通信。
它负责将主机发出的数据传输到相应的设备，以及将设备发出的数据传输给主机。
4. 中断处理：PCI接口芯片可以检测设备发出的中断信号，并通过中断向量将中断信号传递给主机进行相应的处理。
5. 性能优化：PCI接口芯片可以通过DMA（Direct Memory Access）技术来实现高速数据传输，提高总线的性能。
6. 电源管理：PCI接口芯片支持电源管理功能，可以对总线上的设备进行电源管理，包括设备的开启和关闭，以及功耗管理等。
PCI接口芯片的种类：1. 桥接芯片：桥接芯片主要用于连接不同的PCI总线，例如将PCI和PCI Express进行连接，使得不同PCI总线上的设备可以互相通信。
2. 控制器芯片：控制器芯片主要用于控制和管理PCI总线上的设备。
例如，PCI SATA控制器芯片用于管理连接到PCI总线上的SATA硬盘。
3. 多功能芯片：多功能芯片集成了多种功能，可以同时管理多个设备。
例如，一个多功能PCI接口芯片可以同时管理PCI网络卡、PCI声卡和PCI显示卡等。
4. 扩展芯片：扩展芯片用于扩展PCI总线上的功能。
例如，PCI扩展芯片可以实现PCI总线到USB或FireWire接口的转换，以支持更多的外部设备。
PCI接口芯片的应用：1. 个人电脑：PCI接口芯片广泛应用于个人电脑中，用于连接各种外部设备，如显卡、声卡、网卡等。
PCI总线基本概念详解
PCI 总线基本概念详解
PCI 总线
PCI 是Peripheral Component Interconnect(外设部件互连标准)的缩写，它曾经是个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插
槽。
目前该总线已经逐渐被PCI Express 总线所取代。
PCI 即Peripheral Component Interconnect，中文意思是“外围器件互联”，是由PCISIG (PCI Special Interest Group)推出的一种局部并行总线标准。
PCI 总线是由ISA(Industy Standard Architecture)总线发展而来的，是一种同步的独立于处理器的32 位或64 位局部总线。
从结构上看，PCI 是在CPU 的供应商
和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层
的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。
从1992 年创立规范到如今，PCI 总线已成为了计算机的一种标准总线，广泛用于当前高档微机、工
作站，以及便携式微机。
主要用于连接显示卡、网卡、声卡。
注：ISA 并行总线有8 位和16 位两种模式，时钟频率为8MHz，工作频
率为33MHz/66MHz。
pci接口原理
pci接口原理PCI接口，全称为Peripheral Component Interconnect，是一种用于将计算机主板与外部设备连接的接口标准。
它是一种高速数据传输的总线标准，可支持多种设备，如显卡、声卡、网卡等。
我们来了解一下PCI接口的工作原理。
PCI接口使用并行传输方式，即多条数据线同时传输数据。
它采用的是共享总线的方式，即多个设备共享同一条总线进行数据传输。
每个设备都有一个唯一的设备号，通过该设备号可以在总线上进行寻址。
在PCI接口中，有三个重要的组成部分：PCI总线、PCI设备和PCI 桥接器。
PCI总线是连接主板和设备的物理通道，它由数据线、地址线和控制线组成。
PCI设备则是通过PCI总线与主板进行通信的外部设备，如显卡、声卡等。
PCI桥接器则是连接不同PCI总线的桥梁，它可以将多个PCI总线连接起来，实现设备之间的通信。
在PCI接口中，数据传输是通过读写操作来实现的。
当主机需要与设备进行通信时，它会向设备发送一个读写命令，并指定要读写的设备号和寄存器地址。
设备接收到命令后，将数据写入到总线上的数据线上，主机则可以读取这些数据。
同样地，主机也可以向设备写入数据，设备接收到数据后进行相应的处理。
除了数据传输，PCI接口还支持中断机制。
设备可以向主机发送中断信号，以通知主机某个事件的发生。
主机接收到中断信号后，会暂停当前的操作，并切换到中断处理程序进行相应的处理。
PCI接口的速度也是其重要的特点之一。
PCI接口采用的是32位或64位的数据总线，可以支持高达133 MB/s的数据传输速度。
此外，PCI接口还支持多个设备同时工作，通过总线上的仲裁机制来控制设备之间的竞争。
PCI接口是一种高速数据传输的接口标准，通过共享总线的方式实现设备之间的通信。
它具有简单、可靠的特点，并且支持多种设备的连接。
在计算机系统中，PCI接口发挥着重要的作用，为外部设备的连接提供了便利。
PCI-Express详解
基础篇随着Intel 800MHz FSB芯片组i875P的推出，Intel同时也向世人显示一个全新的总线技术即将推出，那就是由Intel首先提出并开发的3GIO总线。
后来这一技术提交PCI-SIG（PCI 特殊兴趣组织），由PCI-SIG改名为"PCI Express"，以标准的形式正式推出，目前的最新版本为v1.0。
本连载就要带大家深入了解这一即将改变整个计算机系统结构、成为下一代总线标准的总线技术。
首先本文要向大家介绍的是一些基础知识。
一、PCI标准的发展历史要了解PCI Express总线技术的提出原因，我们先来简要回顾一下PCI总线的发展历史目前应用的计算机内部总线技术为PCI，即"Peripheral Component Interconnect"，中文名为"外围组件互连"，它是由Intel于1991年提出的（与本文要介绍的PCI-Express总线技术属同一个公司开发的）。
后来，PCI-SIG小组接替了Intel的PCI规范的发展，在1993年5月发布了PCI 2.0。
那时，PCI的竞争对手是VESA本地总线（VL-bus或VLB），它是由视频电子标准协会提出的32bit总线，在标准的ISA插槽之后提供附加的第三和第四接口，额定频率33MHz，并且能够提供超过ISA。
但是当时作为486处理器/内存总线的直接扩展，VESA 是运行在与处理器相同的频率上，因此名为"本地总线"，这种直接的扩展意味着如果连接的设备过多，则很可能会干扰处理器自身的工作，特别是当信号通过一个插槽时。
于是VESA标准中建议在33MHz频率上只使用2个插槽，或者在总线使用电子缓冲时使用3个。
在更高的频率上不能连接2个以上的设备，而在50MHz时它们则必须都内建于主板内。
由于VESA与处理器同步工作，因而随着处理器频率的提高，VESA总线类型的外围设备工作频率也得随着提高，但是外围设备要求的速度越高，其造价也就更高，对外围设备的生产成本控制造成了极大的不利。
PCIE详细设计
PCIE详细设计1.物理层设计：PCIE采用差分信号传输，使用了串行链路与并行接口相结合的设计。
其物理层主要包括插槽、插座、插脚、差分对和多级的缓冲器。
插槽和插座之间通过插脚建立信号传输通道，插脚上的差分对负责发送和接收数据。
为了提高信号完整性和抗干扰能力，PCIE还采用了差分信号保持器、预加重和时钟恢复等技术。
2.数据链路层设计：PCIE的数据链路层主要负责数据的传输和错误检测。
数据链路层将数据划分成固定大小的数据包，每个数据包包括首部、有效荷载和尾部。
首部包含了发送和接收端的地址信息、数据包长度和错误校验码等重要信息，有效荷载则是数据的实际内容。
数据链路层使用了CRC（循环冗余校验）来检测传输过程中的错误，若检测到错误，则会重新发送数据包。
3.传输层设计：PCIE的传输层负责建立数据链路层的连接、管理传输队列，并进行流量控制。
在传输层中，PCIE支持两种传输模式：翻译和非翻译模式。
翻译模式是指数据通过传输层进行地址翻译后，再送达目标设备，非翻译模式则是直接将数据发送到目标设备的物理地址。
传输层还支持多个虚拟通道，以实现对不同类型的数据流进行统一管理。
4.链路层设计：PCIE的链路层主要负责处理控制信号、处理中断和实现设备配置等功能。
链路层通过发送和接收TS1和TS2时钟信号来保持发送和接收电路的同步。
链路层还负责控制数据包的优先级、设置传输模式和管理中断请求。
此外，链路层还实现了电源管理功能，可以根据需求有效地管理设备的电源消耗。
5.事务层设计：PCIE的事务层负责处理具体的数据传输事务，包括读写操作、配置读写、中断传输和消息传输等。
事务层的处理包括发起者和目标设备两部分，发起者将请求以数据包的形式发送给目标设备，并等待响应。
目标设备接收到请求后，进行相应的处理，并将结果返回给发起者。
总结：PCIE的详细设计包括物理层、数据链路层、传输层、链路层和事务层的设计。
物理层通过差分信号传输实现高速数据传输，数据链路层实现错误检测和数据分组，传输层负责建立连接与进行流量控制，链路层处理控制信号和配置设备，事务层处理具体的数据传输事务。
PCI总线
PCI总线电脑主板上的PCI插槽(白）PCI是Peripheral Component Interconnect(外设部件互连标准)的缩写，它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。
PCI插槽也是主板带有最多数量的插槽类型，在目前流行的台式机主板上，ATX结构的主板一般带有5～6个PCI插槽，而小一点的MATX 主板也都带有2～3个PCI插槽，可见其应用的广泛性。
目录[隐藏]PCI含义PCI技术规格简介一、基本概念二、即插即用的实现三、中断共享的实现PCI产生：PCI 总线的主要性能四、PCI总线的特点：PCI含义PCI技术规格简介一、基本概念二、即插即用的实现三、中断共享的实现PCI产生：PCI 总线的主要性能四、PCI总线的特点：[编辑本段]PCI含义PCI是由Intel公司1991年推出的一种局部总线。
从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。
管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能，它为显卡，声卡，网卡，MODEM等设备提供了连接接口，它的工作频率为33MHz/66MHz。
PCI是Peripheral Component Interconnect(外设部件互连标准)的缩写，它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。
PCI插槽也是主板带有最多数量的插槽类型，在目前流行的台式机主板上，ATX结构的主板一般带有5～6个PCI插槽，而小一点的MATX主板也都带有2～3个PCI插槽，可见其应用的广泛性。
PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。
从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。
管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
COM载板设计之七：PCIe2.2 PCIe一般介绍PCIe提供了一种可裁减高速串行I/O点到点的总线连接。
PCIe的LAN是一个全双工的通道，由一对接收差分对和一对发送差分对构成。
PCIe的带宽可以通过增减LANE数来调整。
PCIe规范定义了x1，x4，x8，x16和x32的连接宽度。
每个LAN的原始数据传输速率是2.5Gbps @ 1.25GHz。
PCIe易于使用，但必须满足设计规则。
最重要的规则是PCIe LAN必须以差分对形式布线。
PCIe设计规则在PCB设计一节中有详细讨论。
显然PCIe的布线要比PCI容易的多，因为线少多了。
2.2.1 COM Express A-B连接器和C-D连接器的PCIe组COM Express类型2模块有两组PCIe LANE，一组PCIe由6个LANE构成，用于通用目的。
另一组由16个LANE组成，用于图形显示接口，我们称之为PEG接口。
某些PEG接口在不用作外部图形接口时可以作为通用PCIe接口使用，但是这样看COM模块的芯片集是否支持这种用法。
2.3 通用目的的PCIe通道2.3.1 通用目的的PCIe信号定义通用目的的PCIe接口由6个LANE组成，如表4：按照COM Express规范，PCIe LANE可以配置成6个x1的PCIe连接，或者是x1，x2，x4连接的组合。
这些配置依赖于COM Express模块的芯片组性能。
COM Express规范定义了一个“fill order”规则，例如L规则要求x4的PCI连接必须映射到LAN0、1、2、3。
注：所有PCIe设备除了能工作在全速模式外，都要求能工作在x1模式，例如：一个x4的PCIe卡，可以使用在x4或x1模式，这种情况下的中间模式（x2）是可选的。
2.3.3 PCIe LANE配置-模块和芯片组间的依赖PCIe接口的LANE配置方案取决于COM Express模块所用的芯片组。
某些模块和芯片组允许软件配置连接宽度（x1，x4）。
某些需要硬件来进行x4选项的配置。
COM Express 对此并没有规定，具体应该见厂家提供的模块用户手册2.3.4 Device Up/Device Down及PCIe Rx/Tx耦合电容图3：PCIe Rx耦合电容“Device Down”指PCIe目标设备实现在载板上；“Device Up”指目标设备实现在插座上（或mini-PCIe卡、ExpressCard、AMC Card）。
在“Device Down”和“Device up”实现上，有一些区别：Device Down：l 目标设备PCIe的TX线的耦合电容在载板上，尽可能距离设备的TX近。
l 在载板上允许的PCIe的线长度比Device Up长。
见PCB布线规则。
Device Up：l 目标设备PCIe的TX线的耦合电容在插卡上。
l 在载板上允许的PCIe的线长度比Device Down短，因为卡上还有一段PCIe线。
见PCB 布线规则。
耦合电容的大小应该符合COM Express规范。
2.3.5 参考设计2.3.5.1 参考时钟缓冲COM Express规范仅定义了一个PCIe的参考时钟，这个100MHz的差分时钟是的目标PCIe设备能够更快速地锁定到PCIe位流内嵌的时钟上。
如果载板上只有一个PCIe设备，那么直接把这个脚连过去就可以了，如果有多个PCIe设备，则需要通过“0延迟”缓冲来获得多个时钟。
这样fed1芯片有IDT、Cypress等。
图4 PCIe参考时钟缓冲器每个时钟对点到点地连接到插座上或中断设备上，布线规则按照差分信号布线规则。
推荐在ICS9DB102缓冲器的时钟输出脚最近处串联一个33欧姆电阻和一个49.9欧姆对地的终端电阻。
SMBUS软件能够使能和禁止时钟缓冲输出，以减少EMI。
CLKREQ0和CLKREQ1应该下拉以便允许时钟缓冲输出，对于功耗要求不严格的应用，时钟可以永久接到低电平，永久是能时钟输出。
2.3.5.2 复位PCI接口和PCIe接口，共享PCI_RESET#信号。
CB_RESET#信号也可以代替PCI_RESET#。
对于类型1、4、5的COM Express模块，由于没有PCI_RESET#信号，所以只能用CB_RESET#。
2.3.5.3 x1插座例子图5，PCIe x1插座例子：上面的例子显示PCIe的LANE0连接到这个插座，别的LANE是否可以被使用取决于模板。
没有耦合电容，因为PCIe TX的耦合电容在COM模块上，PCIe的耦合电容在卡上。
插座的REFCLK+和REFCLK-由时钟缓冲驱动，见图4，如果仅这一个PCIe设备，则只需把COM Express模块的REFCLOCK接过来就可以。
插座的PWRGD信号有COM Express的PCI_RESET#信号驱动，CB_RESET#也能使用。
如果载板仅一个或两个目标设备，PCI_RESET#或CB_RESET#可以直接使用。
PRSNT1#和PRSNT2#是热插拔机制的一部分，然而大部分系统并不支持完整的热插拔功能，如果使用，方案如下：PRSNT1#（A1）下拉，在卡上，被路由到PRSNT2#（B17），B17的状态由BIOS读回。
如果有卡插入，B17为0，无卡，则为1。
软件使用这个信息给卡加电。
但是COM Express并没有做什么规范性的规定，也没有任何硬件上的支持。
系统如果试着实现这个热插拔功能，也没有必要读回PRSNT2#的状态。
因此，这在图5上仅仅是作为一个测试点。
SMB_CK和SMB_DAT源自COM Express模块的B13和B14。
SMBUS支持卡的管理功能，SMBUS软件能保存卡进入Suspend状态前的上下文，报告错误，接收控制参数，返回状态信息和卡信息（如卡的序列号）。
卡对SMBUS的支持是可选的。
JTAG一般不用。
2.3.5.4 x4插座的例子图6 PCIe x4插座的例子2.3.5.5 PCIe x1通用Device Down例子图7 PCIe x1 通用Device Down例子：图5仅显示在全电源ON状态（S0）的信号。
如果载板器件支持电源管理特征，那么还有一些信号要起作用，如：为了支持唤醒功能，载板器件必须可以断言WAKE0#。
某些具备电源管理能力的器件还有CLKREQ#信号，见图4。
载板PCIe设备还可能要求支持SMBUS，如果载板器件使用Suspend电源，那么器件的SMBUS脚可以直接路由到COM Express的SMBUS脚（SMB_CK, SMB_DAT, SMB）ALERT#），如果载板SMBUS脚不是由Suspend电源供电，那么必须使用FET或总线开关隔离。
见SMBUS总线的介绍。
2.3.5.6 PCIe x4通用Device Down例子图8 PCIe x4通用Device Down例子图6仅显示在全电源ON状态（S0）的信号。
如果载板器件支持电源管理特征，那么还有一些信号要起作用，如：为了支持唤醒功能，载板器件必须可以断言WAKE0#。
某些具备电源管理能力的器件还有CLKREQ#信号，见图4。
载板PCIe设备还可能要求支持SMBUS，如果载板器件使用Suspend电源，那么器件的SMBUS脚可以直接路由到COM Express的SMBUS脚（SMB_CK, SMB_DAT, SMB）ALERT#），如果载板SMBUS脚不是由Suspend电源供电，那么必须使用FET或总线开关隔离。
见SMBUS总线的介绍。
2.3.5.7 PCIe Mini CardPCIe Mini Card是一个小型的卡，用于移动计算或嵌入式平台，它不支持热交换能力。
PCIe Mini Card接口包括一个x1的PCIe连接和一个USB2.0通道，Host两个接口都应该支持。
图9 PCI Mini Card尺寸：图10 PCIe Mini Card 连接器表5 PCIe Mini Card连接器管脚图11 PCIe Mini Card参考设计电路图中使用了PCIe的LANE1和USB0。
也可以使用别的端口，但是这要看模板。
如果不需要支持Suspend模式，那么3.3VAUX可以直接接到VCC_3V3，这种情况下，WAKE#脚应该悬空。
PERST#可以使用CB_RESET#或PCI_RESET#，或者是这些信号缓冲后的信号。
2.3.5.8 ExpressCardExpressCard支持热插拔，体积也很小巧。
可以通过x1的PCIe或者USB2.0接口。
按照ExpressCard规范，作为HOST应该提供PCIe和USB连接。
可以支持一个或者多个ExpressCard设备。
COM Express有4个信号专用于支持2个ExpressCard插座表6 ExpressCard支持的信号图12 ExpressCard尺寸图13 ExpressCard插座图14 PCe：ExpressCard例子图中使用了PCIe的LANE2和USB1，也可以使用其它通道，但要看模板情况。
PCIE_TX2+和PCIE_TX2-源自COM Express模块，这些线驱动ExpressCard上的PCIe 接收器。
载板上没有耦合电容，耦合电容在COM Express模块上。
PCIE_RX2+和PCIE_RX2-源自ExpressCard，载板上没有耦合电容，耦合电容在ExpressCard上。
PCIE_REF_CLK1+和PCIE_REF_CLK-源自PCIe的参考时钟缓冲器。
CPPE#在ExpressCard上被下拉，以表示卡存在并有一个PCIe接口。
CPUSB#在ExpressCard上被下拉，以表示卡存在并有一个USB2.0接口。
CPPE#或CPUSB#为低会引起TPS2231 ExpressCard电源控制芯片给ExpressCard供电。
TPS2231集成了一定数目的上拉电阻，其他解决方案可能需要外部上拉电阻。
CLKREQ#用作动态时钟管理，当这个信号为低的时候，表示不支持时钟动态管理功能。
ExpressCard PCIe复位信号，PERST#由TPS2231驱动，PERST#在电源超出规定范围的时候断言，或者如果COM Express 的EXCD0_PERST#为低的时候。
WAKE#由ExpressCard断言，会引起COM Express模块唤醒。
WAKE0#在模块中是上拉的，其他WAKE0#源是“线或”关系。
SMBUS支持客户报警、无线RF管理、边带信号管理。
这个功能在EXpressCard上是可选的。
2.3.6 PCIe布线考虑PCIe信号是高速差分对，差分阻抗是100欧姆。
布线时一定要以差分对形式走线，最好参考一个连续的地平面，做到过孔最少。