《微机总线标准》PPT课件.ppt

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1、现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/第第6章章 微机总线标准微机总线标准 1现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/总线知识的回顾总线知识的回顾n什么是总线？什么是总线标准？什么是总线？什么是总线标准？n总线标准的特性有哪些？总线标准的特性有哪些？n总线按信号功能分为哪总线按信号功能分为哪3类？类？n总线按照从总线按照从CPU外设分层次，分为哪几类？外设分层次，分为哪几类？n总线的主要性能指标有哪些？总线的主要性能指标有哪些？n总线操作分为哪总线操作分为哪4步？步？n为什么要总线仲裁？有几种仲裁方式

2、？为什么要总线仲裁？有几种仲裁方式？n n总线传送控制方式（定时方式）有哪几种？总线传送控制方式（定时方式）有哪几种？总线传送控制方式（定时方式）有哪几种？总线传送控制方式（定时方式）有哪几种？2现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/6.1.1 总线标准的概念与特性总线标准的概念与特性 总线总线 是在模块和模块之间或设备与设备之间的一是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的组进行互连和传输信息的信号线信号线，信息包括指，信息包括指令、数据和地址。令、数据和地址。6.1 总线概述总线概述 总线标准总线标准 指芯片之间、扩展卡之间

3、以及系统之间，指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。一些协议与规范。3现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/1物理特性物理特性:2功能特性功能特性:3电器特性电器特性:4时间特性时间特性:总线物理连接方式总线物理连接方式(电缆式、蚀刻式），电缆式、蚀刻式），总线根数、插头和插座形状，引脚排列等总线根数、插头和插座形状，引脚排列等描述一组总线中每一根线的功能。描述一组总线中每一根线的功能。定义每一根线在什么时候有效，这和总定义每一根线在什么时候有效，这和总

4、线操作的时序有关。线操作的时序有关。定义每根线上信号的传递方向以及有效电定义每根线上信号的传递方向以及有效电平范围。一般定义送入平范围。一般定义送入CPU的信号为输入的信号为输入信号，从信号，从CPU中送出的信号是输出信号。中送出的信号是输出信号。低电平有效的信号用信号名后带低电平有效的信号用信号名后带低电平有效的信号用信号名后带低电平有效的信号用信号名后带#来表示。来表示。来表示。来表示。如如如如CS#CS#、REQ#REQ#总线标准的特性总线标准的特性4现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/6.1.2 总线的分类总线的分类 1)按总线功能或信

5、号类型划分为：按总线功能或信号类型划分为：数据总线数据总线：双向三态逻辑，线宽表示了总线：双向三态逻辑，线宽表示了总线数据传输的能力。数据传输的能力。地址总线地址总线：单向三态逻辑，线宽决定了系统：单向三态逻辑，线宽决定了系统的寻址能力。的寻址能力。控制总线控制总线：就某根来说是单向或双向。控制：就某根来说是单向或双向。控制总线最能体现总线特点，决定总线功能的强总线最能体现总线特点，决定总线功能的强弱和适应性。弱和适应性。5现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/2)按总线的分级结构分为：按总线的分级结构分为：CPUCPU总线总线总线总线：微机系统

6、中速度最快的总线，主要在：微机系统中速度最快的总线，主要在CPU内部，连接内部，连接CPU内部部件，在内部部件，在CPU周围的小范周围的小范围内也分布该总线，提供系统原始的控制和命令。围内也分布该总线，提供系统原始的控制和命令。局部总线局部总线局部总线局部总线：在系统总线和：在系统总线和CPU总线之间的一级总线，总线之间的一级总线，提供提供CPU和主板器件之间以及和主板器件之间以及CPU到高速外设之间到高速外设之间的快速信息通道。的快速信息通道。系统总线系统总线系统总线系统总线：也称为：也称为I/O总线，是传统的通过总线扩展总线，是传统的通过总线扩展卡连接外部设备的总线。由于速度慢，其功能已经

7、卡连接外部设备的总线。由于速度慢，其功能已经被局部总线替代。被局部总线替代。通信总线通信总线通信总线通信总线：也称为外部总线，是微机与微机，微机：也称为外部总线，是微机与微机，微机与外设之间进行通信的总线。与外设之间进行通信的总线。6现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/6.1.3 总线的主要性能参数总线的主要性能参数1总线频率：总线频率：MHz表示的工作频率，是总线速表示的工作频率，是总线速率的一个重要参数。率的一个重要参数。2总线宽度：指数据总线的位数。总线宽度：指数据总线的位数。3总线的数据传输率总线的数据传输率 总线的数据传输率总线的数据

8、传输率=(总线宽度总线宽度/8位位)总线频率总线频率 例：例：PCI总线的总线频率为总线的总线频率为33.3MHz，总线宽度为，总线宽度为64位的情况下，总线数据传输率为位的情况下，总线数据传输率为266MB/s。7现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/6.1.4 总线操作和总线传送控制总线操作和总线传送控制 一、总线操作的一、总线操作的4个阶段个阶段 1总线请求和仲裁阶段总线请求和仲裁阶段总线请求和仲裁阶段总线请求和仲裁阶段：主模块向总线仲裁机构提出总线使用申请，总线仲裁主模块向总线仲裁机构提出总线使用申请，总线仲裁机构决定使用总线的主模块。机

9、构决定使用总线的主模块。2寻址阶段寻址阶段寻址阶段寻址阶段：拥有总线使用权的主模块发出本次要访问的从模块的拥有总线使用权的主模块发出本次要访问的从模块的地址及有关命令，该从模块被选中并启动。地址及有关命令，该从模块被选中并启动。3数据传送阶段数据传送阶段数据传送阶段数据传送阶段：主模块和从模块间进行双（单）向数据传送。主模块和从模块间进行双（单）向数据传送。4结束阶段结束阶段结束阶段结束阶段：主、从模块均撤出总线。主、从模块均撤出总线。8现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/二、总线传送控制二、总线传送控制1同步方式同步方式 优点：优点：1）电路

10、简单）电路简单 2）适合高速设备的数据传输）适合高速设备的数据传输缺点：高速设备和低速设备间只能用低速设备的缺点：高速设备和低速设备间只能用低速设备的速度来传输数据速度来传输数据主主clk从从2半同步方式半同步方式 主主clk从从wait/readywait/ready信号信号是单向的，不是是单向的，不是互锁的。互锁的。9现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/总线总线读周期读周期分成两个子周期分成两个子周期 寻址子周期寻址子周期 数据传送子周期数据传送子周期在两子周期之间，退出总线，从设备准备数据。在两子周期之间，退出总线，从设备准备数据。4分离

11、方式分离方式clkaddressdata主主从从3异步方式异步方式 REQACK比同步方式慢比同步方式慢总线频带窄总线频带窄总线传输周期长总线传输周期长10现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/6.2 PCI总线总线 6.2.1 PCI总线的特点总线的特点 1)独立于处理器独立于处理器2)2)传输效率相对较传输效率相对较高高3)多总线共存多总线共存4)支持突发传输支持突发传输 5)支持总线主控方式支持总线主控方式6)采用同步操作采用同步操作 7)支持两种电压下的扩支持两种电压下的扩展卡展卡 8)具有即插即用功能具有即插即用功能 9)合理的管脚安排

12、合理的管脚安排 10)预留扩展空间预留扩展空间 11现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/6.2.2 PCI信号定义信号定义 1.系统接口信号系统接口信号 2.CLK IN：PCI系统总线时钟系统总线时钟 最高最高33MHz/66MHz，最低最低0Hz。PCI大部分信号在大部分信号在CLK的上升沿有效。的上升沿有效。12现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/2.2.接口控制信号接口控制信号接口控制信号接口控制信号FRAME#S/T/S：帧周期信号帧周期信号IRDY#S/T/S：主设备准备好信号主设备

13、准备好信号TRDY#S/T/S：从设备准备好信号从设备准备好信号 STOP#S/T/S：从设备发出的要求主设备终止当前的从设备发出的要求主设备终止当前的数据传送的信号。数据传送的信号。LOCK#S/T/S：锁定信号锁定信号 IDSEL IN：初始化设备选择信号，访问配置空间的初始化设备选择信号，访问配置空间的时候作为片选时候作为片选DEVSEL#S/T/S：设备选择信号，由常规访问期间被设备选择信号，由常规访问期间被选中的从设备驱动选中的从设备驱动FRAME#FRAME#信号无效表示传输进入最后一个数据期。信号无效表示传输进入最后一个数据期。信号无效表示传输进入最后一个数据期。信号无效表示传输

14、进入最后一个数据期。13现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/C/BE3:0#T/S：它们是总线命令和字节使能多路复：它们是总线命令和字节使能多路复用信号线用信号线 PAR T/S：针对：针对AD31:00和和C/BE3:0#进行奇偶校进行奇偶校验的校验位验的校验位 在在在在FRAME#FRAME#有效的第有效的第有效的第有效的第1 1个时钟，个时钟，个时钟，个时钟，AD31:00AD31:00上传送的上传送的上传送的上传送的是是是是3232位地址，称为位地址，称为位地址，称为位地址，称为地址期地址期地址期地址期 。在在在在IRDY#IRDY#和

15、和和和TRDY#TRDY#同时有效时，同时有效时，同时有效时，同时有效时，AD31:00AD31:00上传送上传送上传送上传送的为的为的为的为3232位数据，称为位数据，称为位数据，称为位数据，称为数据期数据期数据期数据期。3.3.地址与数据接口信号地址与数据接口信号地址与数据接口信号地址与数据接口信号 AD31:00 T/S：它们是地址、数据多路复用的输：它们是地址、数据多路复用的输入入/输出信号输出信号地址期内是总线命令，数据期内是字节使能信号。地址期内是总线命令，数据期内是字节使能信号。地址期内是总线命令，数据期内是字节使能信号。地址期内是总线命令，数据期内是字节使能信号。14现代微机原

16、理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/4.4.仲裁接口信号仲裁接口信号仲裁接口信号仲裁接口信号 REQ#T/S：总线占用请求信号：总线占用请求信号 GNT#T/S：总线占用允许信号：总线占用允许信号 5.5.错误报告接口信号错误报告接口信号错误报告接口信号错误报告接口信号 PERR#S/T/S：数据奇偶校验错误报告信号：数据奇偶校验错误报告信号 SERR#O/D：系统错误报告信号：系统错误报告信号 6.6.中断接口信号中断接口信号中断接口信号中断接口信号 PCI有有4条中断线，分别是条中断线，分别是INTA#、INTB#、INTC#、INTD#，电平触发，

17、多功能设备可以任意选择一，电平触发，多功能设备可以任意选择一个或多个中断线，单功能设备只能用个或多个中断线，单功能设备只能用INTA#。15现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/7.647.64位总线扩展信号位总线扩展信号位总线扩展信号位总线扩展信号 AD63:32 T/S：扩展的：扩展的32位地址和数据多路复用线位地址和数据多路复用线 C/BE7:4#T/S：总线命令和字节使能多路复用扩展：总线命令和字节使能多路复用扩展信号线信号线 REQ64#S/T/S，64位传输请求信号位传输请求信号 ACK64#S/T/S：64位传输允许信号位传输允许信

18、号 PAR64 T/S：奇偶双字节校验：奇偶双字节校验 16现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/6.2.3 PCI插槽和插槽和PCI扩展卡扩展卡 1.PCI插槽插槽 5V 32位插槽位插槽5V 64位插槽位插槽3.3V 32位插槽位插槽3.3V 64位插槽位插槽连连接接卡口卡口a.4种种PCI卡插槽卡插槽A1外内A49A52B1B49B52A62B621.273.8277.48b.5V32位位PCI插槽插槽17现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/2.PCI插卡插卡 ICICIC1.9160.96

19、12.741.680外边里边18现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/6.2.4 PCI总线命令总线命令 PCI总线命令表总线命令表C/BE3:0#命令类型说明命令类型说明C/BE3:0#命令类型说明命令类型说明0000中断响应中断响应1000保留保留0001特殊周期特殊周期1001保留保留0010I/O读读(从从I/O端口地址中读数据端口地址中读数据)1010配置读配置读0011I/O写写(向向I/O端口地址中写数据端口地址中写数据)1011配置写配置写0100保留保留1100存储器多行读存储器多行读0101保留保留1101双地址周期双地址周期

20、0110存储器读存储器读(从内存空间映像中读数从内存空间映像中读数)1110存储器行读存储器行读0111存储器写存储器写(向内存空间映像中写向内存空间映像中写)1111存储器写并无效存储器写并无效19现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/6.2.5 PCI总线协议总线协议 1 1PCIPCI总线的传输控制遵循的管理规则：总线的传输控制遵循的管理规则：总线的传输控制遵循的管理规则：总线的传输控制遵循的管理规则：(1)FRAME#和和IRDY#定义了总线的忙定义了总线的忙/闲状态。闲状态。1111空闲、空闲、空闲、空闲、0000数据、数据、数据、数据

21、、1010最后一个数据、最后一个数据、最后一个数据、最后一个数据、0101等待状态。等待状态。等待状态。等待状态。(2)一旦一旦FRAME#信号被置为无效，在同一传输期间信号被置为无效，在同一传输期间不能重新设置。不能重新设置。(3)除非设置除非设置IRDY#信号，一般情况下不能设置信号，一般情况下不能设置FRAME#信号无效。信号无效。(4)一旦主设备设置了一旦主设备设置了IRDY#信号，直到当前数据期结信号，直到当前数据期结束为止，主设备一般不能改变束为止，主设备一般不能改变IRDY#信号和信号和FRAME#信号的状态。信号的状态。20现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2

22、2版版)http:/http:/2 2PCIPCI总线的寻址（采用分散地址译码技术）总线的寻址（采用分散地址译码技术）总线的寻址（采用分散地址译码技术）总线的寻址（采用分散地址译码技术）表表3.4 AD1:0和和C/BE#3:0对应关系表对应关系表AD1AD0C/BE3#C/BE2#C/BE1#C/BE0#000010110011110111(1)I/O地址空间地址空间 在在在在I/OI/O地址空间，地址空间，地址空间，地址空间，3232位位位位ADAD线全部被用来提供一个完整线全部被用来提供一个完整线全部被用来提供一个完整线全部被用来提供一个完整的地址编码（字节地址）。的地址编码（字节地址）

23、。的地址编码（字节地址）。的地址编码（字节地址）。AD1:0AD1:0和和和和C/BE#3:0C/BE#3:0指明传输的最低有效字节。指明传输的最低有效字节。指明传输的最低有效字节。指明传输的最低有效字节。21现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/(2)内存地址空间内存地址空间(3)配置地址空间配置地址空间 3101双字边界对齐的起始地址双字边界对齐的起始地址200地址递增地址递增01Cache行切换行切换1X保留保留701双字边界对齐的起始地址双字边界对齐的起始地址200选择该设备选择该设备01访问该桥路后设备访问该桥路后设备1X保留保留22现

24、代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/3 3字节使能字节使能字节使能字节使能 4 4PCIPCI总线的驱动与过渡总线的驱动与过渡总线的驱动与过渡总线的驱动与过渡 PCI总线上不能进行字节的交换。但是，具有总线上不能进行字节的交换。但是，具有64位位通道的主设备可以进行通道的主设备可以进行DWORD（双字）的交换。（双字）的交换。主设备可以在主设备可以在每个新数据期开始的时钟前沿每个新数据期开始的时钟前沿每个新数据期开始的时钟前沿每个新数据期开始的时钟前沿改变字改变字节使能信号，且在整个数据期中保持不变。节使能信号，且在整个数据期中保持不变。读缓冲中

25、的数据可以不考虑字节使能信号，而传送读缓冲中的数据可以不考虑字节使能信号，而传送所有的字节。所有的字节。在每个地址（数据）期中，所有的在每个地址（数据）期中，所有的AD线都必须被驱线都必须被驱动到稳定的状态（数据），包括那些字节使能信号表动到稳定的状态（数据），包括那些字节使能信号表明无效的字节所对应的明无效的字节所对应的AD线。线。从一个设备驱动总线到另一个设备驱动从一个设备驱动总线到另一个设备驱动PCI总线之间总线之间设置一个设置一个过渡期过渡期过渡期过渡期，又称为交换周期，以防止总线访问，又称为交换周期，以防止总线访问冲突。冲突。23现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2

26、2版版)http:/http:/5 5设备选择设备选择设备选择设备选择 CLKFRAME#IRDY#TRDY#DEVSEL#12345678FAST MED SLOW设备选择的时序关系设备选择的时序关系注意注意DEVSEL#与与FRAME#、TRDY#的关系，无的关系，无DEVSEL#信信号时的处理。号时的处理。DEVSEL#由从设备共享使用，并由被选中的从设备驱动。由从设备共享使用，并由被选中的从设备驱动。24现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/6.2.6 PCI总线数据传输过程总线数据传输过程 1 1总线上的读操作总线上的读操作总线上的读操

27、作总线上的读操作 CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSADDRESSDATA1DATA1DATA2DATA2DATA3DATA3BUSCMDBUSCMDBE#sBE#s地址期地址期数据期数据期数据期数据期数据期数据期PCI读操作时序读操作时序25现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/2 2总线上的写操作总线上的写操作总线上的写操作总线上的写操作 CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESADDRESS SDATA2DATA2DATA

28、1DATA1DATA3DATA3BUSCMDBUSCMD地址期地址期数据期数据期数据期数据期数据期数据期PCI写操作时序写操作时序BEs1BEs1 BEs2BEs2BEs3BEs326现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/3传输的终止过程传输的终止过程(1)由主设备提出的终止由主设备提出的终止(2)由从设备提出的终止由从设备提出的终止 传输结束传输结束超时超时(GNT#信号在内部延时计数器满后仍无效信号在内部延时计数器满后仍无效)死锁后重试死锁后重试断开（断开（8个时钟周期内从设备不能对主设备做个时钟周期内从设备不能对主设备做出响应）。出响应）。

29、撤消撤消FRAME#，建立，建立IRDY#，直到，直到TRDY#有效后传输完最后一个数据有效后传输完最后一个数据发出发出STOP#信号并保持其有效，直到信号并保持其有效，直到FRAME#撤消为止。撤消为止。27现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/PCI总线上的所有传输操作中，总线上的所有传输操作中，FRAME#、IRDY#、TRDY#和和STOP#遵循的规则：遵循的规则：当当当当STOP#STOP#信号有效时，信号有效时，信号有效时，信号有效时，FRAME#FRAME#应该在其后的应该在其后的应该在其后的应该在其后的2323个时钟周期内尽快撤消

30、，但撤消时应使个时钟周期内尽快撤消，但撤消时应使个时钟周期内尽快撤消，但撤消时应使个时钟周期内尽快撤消，但撤消时应使IRDY#IRDY#有效，从设备应无条件的保持有效，从设备应无条件的保持有效，从设备应无条件的保持有效，从设备应无条件的保持STOP#STOP#的有效状态的有效状态的有效状态的有效状态直到直到直到直到FRAME#FRAME#撤消为止。撤消为止。撤消为止。撤消为止。FRAME#FRAME#撤消后，撤消后，撤消后，撤消后，STOP#STOP#也应该紧跟着撤消。也应该紧跟着撤消。也应该紧跟着撤消。也应该紧跟着撤消。在任何时钟的上升沿，如果在任何时钟的上升沿，如果在任何时钟的上升沿，如果

31、在任何时钟的上升沿，如果STOP#STOP#和和和和TRDY#TRDY#同时同时同时同时有效，就表示是传输的最后周期，有效，就表示是传输的最后周期，有效，就表示是传输的最后周期，有效，就表示是传输的最后周期，IRDY#IRDY#要在下要在下要在下要在下一个时钟的上升沿之前撤消，表示传输的结束。一个时钟的上升沿之前撤消，表示传输的结束。一个时钟的上升沿之前撤消，表示传输的结束。一个时钟的上升沿之前撤消，表示传输的结束。对于被目标设备终止的传输，主设备要继续完成对于被目标设备终止的传输，主设备要继续完成对于被目标设备终止的传输，主设备要继续完成对于被目标设备终止的传输，主设备要继续完成它，就必须用

32、下一个未传输的数据的地址来重试它，就必须用下一个未传输的数据的地址来重试它，就必须用下一个未传输的数据的地址来重试它，就必须用下一个未传输的数据的地址来重试访问。访问。访问。访问。28现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/6.2.7 总线仲裁总线仲裁 PCI总线采用集中式的同步仲裁方法总线采用集中式的同步仲裁方法中央中央仲裁器仲裁器PCI主主设备设备APCI主主设备设备BREQ#REQ#GNT#GNT#29现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/CLKFRAME#1234567ADGNT#-BIRDY

33、#TRDY#GNT#-A地址地址地址地址数据数据数据数据A存取存取B存取存取 两个主设备之间的两个主设备之间的PCI总线仲裁总线仲裁REQ#-BREQ#-A地址地址地址地址数据数据数据数据cabdefg30现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/1、PCI设备的配置空间设备的配置空间 定义一个定义一个PCI总线配置空间的目的在于提供一总线配置空间的目的在于提供一套适当的配置措施，使之实现完全的设备再定位套适当的配置措施，使之实现完全的设备再定位而而无需用户干预安装、配置和引导无需用户干预安装、配置和引导，并由与设备，并由与设备无关的软件进行系统地址

34、映射。无关的软件进行系统地址映射。所有所有PCI设备都必须实现设备都必须实现PCI协议规定必需的协议规定必需的配置寄存器，以便系统加电的时候利用这些寄配置寄存器，以便系统加电的时候利用这些寄存器的信息来进行系统配置。对存器的信息来进行系统配置。对PCI的配置访问的配置访问实际上就是访问设备的配置寄存器。实际上就是访问设备的配置寄存器。在系统启动的时候由在系统启动的时候由BIOS代码执行设备配置。代码执行设备配置。一旦即插即用一旦即插即用OS（如（如Windows2000/XP）启动后，）启动后，控制就传递给控制就传递给OS，OS接管设备管理。接管设备管理。6.2.8 PCI总线配置总线配置31

35、现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/2、配置空间头区域及功能、配置空间头区域及功能 32现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/(1)设备识别设备识别 头区域有头区域有7个寄存器（字段）用于设备的识别。个寄存器（字段）用于设备的识别。(2)设备控制设备控制 表现在命令寄存器为发出和响应表现在命令寄存器为发出和响应PCI总线命令总线命令提供了对设备粗略的控制。提供了对设备粗略的控制。(3)设备状态设备状态 状态寄存器用于记录状态寄存器用于记录PCI总线有关操作的状态总线有关操作的状态信息。信息。注意：

36、该寄存器的有些位是只可清不可注意：该寄存器的有些位是只可清不可置，对这些位的写，被解释为对该位清零。置，对这些位的写，被解释为对该位清零。例例如，为了清位如，为了清位14而不影响其他位，应向该寄存而不影响其他位，应向该寄存器写器写0100 0000 0000 0000B 33现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/(4)基址寄存器基址寄存器 PCI设备的配置空间可以在微处理器决定的地设备的配置空间可以在微处理器决定的地址空间中浮动，以便简化设备的配置过程。址空间中浮动，以便简化设备的配置过程。系系统初始化代码在引导操作系统之前，必须建立统初始化代码

37、在引导操作系统之前，必须建立一个统一的地址映射关系，以确定设备中有多一个统一的地址映射关系，以确定设备中有多少存储器和少存储器和I/O控制器，它们需要占用多少地址控制器，它们需要占用多少地址空间。空间。当确定这些信息之后，系统初始化代码当确定这些信息之后，系统初始化代码便可以把便可以把I/O控制器映射到合理的地址空间并引控制器映射到合理的地址空间并引导系统。导系统。为了使这种映射能够做到与相应的设备无关，为了使这种映射能够做到与相应的设备无关，在配置空间的头区域中安排了一组供映射时使在配置空间的头区域中安排了一组供映射时使用的基址寄存器。用的基址寄存器。34现代微机原理与接口技术现代微机原理与

38、接口技术(第第2 2版版)http:/http:/10I/O空间指针空间指针 规范规定每个规范规定每个规范规定每个规范规定每个I/OI/O基地址基地址基地址基地址下的端口数不得大于下的端口数不得大于下的端口数不得大于下的端口数不得大于256256。31 2 1 0基基 地地 址址0预取使能预取使能存储空间指针存储空间指针0000 32位地址空间任意映射位地址空间任意映射0101 32位地址空间位地址空间1M字节以内映射（已经不用）字节以内映射（已经不用）10 10 64位地址空间任意映射位地址空间任意映射 1111 保留保留31(63)3 2 1 0基基 地地 址址保留保留返回返回35现代微机

39、原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/具体实现的过程中，除了低四位满足上述要求外，高位具体实现的过程中，除了低四位满足上述要求外，高位部分实际设置位数视映射多大地址空间范围而定，根据部分实际设置位数视映射多大地址空间范围而定，根据地址范围，决定高多少位需要设置，这些位被设置成可地址范围，决定高多少位需要设置，这些位被设置成可写，高位部分的其它位用硬件使其为写，高位部分的其它位用硬件使其为0，并只可读。基，并只可读。基地址设置过程：地址设置过程：系统初始化程序向基地址寄存器写全系统初始化程序向基地址寄存器写全1系统初始化程序读出基地址寄存器的内容系统初始化

40、程序读出基地址寄存器的内容系统初始化程序判断设备需要的地址空间大小系统初始化程序判断设备需要的地址空间大小系统初始化程序分配基地址并写回到该基地址寄存器系统初始化程序分配基地址并写回到该基地址寄存器如设备需要使用如设备需要使用如设备需要使用如设备需要使用1MB1MB的存储空间，硬件实现基地址寄存器的存储空间，硬件实现基地址寄存器的存储空间，硬件实现基地址寄存器的存储空间，硬件实现基地址寄存器的时候应该使位的时候应该使位的时候应该使位的时候应该使位0 0，位，位，位，位4 4位位位位1919由硬件使其保持为由硬件使其保持为由硬件使其保持为由硬件使其保持为0 036现代微机原理与接口技术现代微机原

41、理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/举例举例1：系统初始化向基址寄存器写全系统初始化向基址寄存器写全1后读出的值后读出的值=FFE00000h位位0=0，表示是一个存储器地址空间映射，表示是一个存储器地址空间映射位位2:1=00b，它是，它是32位存储器映射位存储器映射位位3=0，表示它不是预取存储器。，表示它不是预取存储器。位位31:4 第一个为第一个为1的是位的是位21，表示映射的存储空，表示映射的存储空间为间为221=2MB。这这意味着存储映射的基地址应该起始于意味着存储映射的基地址应该起始于2MB、4MB、6MB等的边界上。等的边界上。系统经过权衡后再向该基址寄存器写

42、入实际映射的空系统经过权衡后再向该基址寄存器写入实际映射的空系统经过权衡后再向该基址寄存器写入实际映射的空系统经过权衡后再向该基址寄存器写入实际映射的空间基址，该基址应该是间基址，该基址应该是间基址，该基址应该是间基址，该基址应该是2MB2MB边界的，如：边界的，如：边界的，如：边界的，如：FFE00000H,FFE00000H,FFC00000H,FE000000HFFC00000H,FE000000H等。等。等。等。问：问：问：问：FFF00000HFFF00000H地址能不能做该设备存储基址？地址能不能做该设备存储基址？地址能不能做该设备存储基址？地址能不能做该设备存储基址？37现代微机

43、原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/举例举例2：基址寄存器的值基址寄存器的值=FFFFFF01h位位0=1，表示是一个，表示是一个I/O地址空间映射地址空间映射位位31:2第一个为第一个为1的是位的是位8，表示映射的，表示映射的I/O空间为空间为28=256。这这意味着意味着I/O映射的基地址应该是映射的基地址应该是256的整数倍的整数倍。38现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/最大最大/最小映射地址空间是多少？最小映射地址空间是多少？最大最大/最小存储映射地址空间最小存储映射地址空间最小存储映射地址空

44、间最小存储映射地址空间=16字节（字节（24）最大存储映射地址空间最大存储映射地址空间=2GB（231）最大最大/最小最小I/O映射地址空间映射地址空间最小最小I/O映射地址空间映射地址空间=4字节（字节（22）最大存储映射地址空间最大存储映射地址空间=256字节（协议规定）字节（协议规定）转前转前39现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/扩展扩展ROM访问允许访问允许31 11 10 1 0基基 地地 址址保保 留留扩展扩展ROM基地址寄存器基地址寄存器扩展扩展ROM基地址基地址=FFFF0001h位位0=1，表示扩展，表示扩展ROM访问允许访

45、问允许位位31:11第一个为第一个为1的是位的是位16，表示映射的存储空间为，表示映射的存储空间为64K。这这意味着意味着ROM映射的基地址应该起始于映射的基地址应该起始于64KB的边界的边界40现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/(5)头区域中其它寄存器头区域中其它寄存器 中断引脚寄存器中断引脚寄存器 8位只读寄存器，指明设备使用了位只读寄存器，指明设备使用了PCI的哪个的哪个中断引脚。中断引脚。1代表代表INTA#，2为为INTB#中断请求线寄存器中断请求线寄存器 8位可读位可读/写寄存器，指明设备的中断引脚和写寄存器，指明设备的中断引脚和

46、PC机的机的 8259A的哪个中断输入线连。的哪个中断输入线连。Min_Gnt/Max_lat寄存器寄存器 Min_Gnt用来指定设备需要多长的突发传输用来指定设备需要多长的突发传输时间。时间。Max_lat用来表示对用来表示对PCI总线进行访问的频繁总线进行访问的频繁程度。程度。41现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/2配置空间的访问配置空间的访问(1)配置空间访问时目标设备的选择配置空间访问时目标设备的选择 对于某一对于某一PCI设备，设备，1)1)只有当输入它的只有当输入它的IDSEL信号有效，信号有效，2)2)并且在地址期内并且在地址期

47、内AD1:0为为00时时，才能被作为配置访问的目标设备。才能被作为配置访问的目标设备。42现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/(2)配置空间访问的类型配置空间访问的类型 0类配置空间访问类配置空间访问对（正在运行的）对（正在运行的）当前当前PCI总线上的目标设备总线上的目标设备配置寄存器所进行的访问。配置寄存器所进行的访问。被配置访问的目标设备必须在地址期采样到其被配置访问的目标设备必须在地址期采样到其IDSEL输入信号有效，且输入信号有效，且AD1 0必须为必须为00。地址期地址期，AD1 0必须为必须为00；AD10 8用于选用于选择物理设

48、备的八种功能之一择物理设备的八种功能之一；AD 7 2为选择为选择该功能设备的配置寄存器号该功能设备的配置寄存器号(双字号）。双字号）。AD31:11可用于连接各设备的可用于连接各设备的IDSEL信号信号数据期数据期，AD31 0传送的是配置读传送的是配置读/写数据。写数据。43现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/1类配置空间访问类配置空间访问对（通过对（通过PCI/PCI桥连接的）桥连接的）下一级下一级PCI总线总线上的目标设备上的目标设备(配置寄存器配置寄存器)所进行的访问。所进行的访问。地址期地址期，AD1 0必须为必须为01；AD10

49、8作为作为选择物理设备的八种功能之一选择物理设备的八种功能之一。AD7 2为选为选择该功能设备的配置寄存器号；择该功能设备的配置寄存器号；AD1511用用于存放第二级总线上被选中设备的于存放第二级总线上被选中设备的IDSEL号号，AD2316 放放总线号。总线号。桥片中也有桥配置空间寄存器，存放有总线桥片中也有桥配置空间寄存器，存放有总线号和次级总线号等信息。号和次级总线号等信息。一旦一旦PCI/PCI桥检测到桥检测到1类配置访问，就有三类配置访问，就有三种情况，须分别进行处理。种情况，须分别进行处理。44现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术(第第2 2版版)http:/http:/桥

50、桥桥桥A A桥桥桥桥B B设备设备设备设备设备设备设备设备CPUCPU总线总线总线总线PCIPCI总线总线总线总线0 0PCIPCI总线总线总线总线1 1如果要访问的总线号既不同于桥如果要访问的总线号既不同于桥的第二级总线号，也不在桥的第的第二级总线号，也不在桥的第二级总线号的下级总线范围内，二级总线号的下级总线范围内，那么桥将忽略本次访问。那么桥将忽略本次访问。如果总线号不同于桥的第二级总如果总线号不同于桥的第二级总线，但在桥的第二级总线号的下线，但在桥的第二级总线号的下级总线范围内，那么桥将本次访级总线范围内，那么桥将本次访问作为问作为1类配置访问传递给第二类配置访问传递给第二级总线。配置