PCIE总线

描述

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 x1到PCI Express x32，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8Gbps，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。

PCI分类与速度

PCIE连接拓扑与角色

EP设备：终端设备。
RC设备：根总线设备，总线控制器。
BG设备：桥设备。将pcie总线转换成其他总线的设备，或者反之。类似于网关。
SW设备：连接多个pci终端设备在同一总线域的设备。类似于交换机。

PCIE接口定义

PRSNT1/2#：热插拔信号引脚
SMCLK+SMDAT：SMBUS信号接口，用于管理pcie设备。
TCK+TDI+TDO+TMS+TRST#：jtag接口，用于调试pcie设备。
WAKE#：唤醒引脚。
PERST#：复位引脚。
CLKREQ#：时钟请求引脚。
REFCLK+/-：差分时钟引脚。
HS O/I p/n (0)：差分IO引脚。

Tips:实际使用中可以根据需求删减引脚。

PCIE数据传输方式与中断

在PCIE中有两种数据传输方式：

DMA(Direct Memory Access)，直接内存访问，在该模式下，数据传送不是由CPU负责处理，而是由一个特殊的处理器DMA控制器来完成，因此占用极少的CPU资源。
PIO(Programmed Input-Output)，可编程输入输出，在该模式下，数据传送由CPU执行I/O端口指令来按照字节或更大的数据单位来处理，占用大量的CPU资源，数据传输速度也大大低于DMA模式。举例老说，在DMA方式下，如果copy文件的同时在播放mp3音乐，则不受丝毫影响；如果在PIO模式下，则会发现音乐声时断时续，这是因为大部分CPU资源被文件传输占用。

PCIE中断：

在PCIE总线中没有中断引脚，所以中断信号通过MSI的方式传输。也就是中断信号与数据信号一起传输。

PCIE协议栈与工作流程

1. pcie设备上电或者复位,并且电源与pll变稳定后。pcie就会开始尝试建立连接。当链路处于有效状态，终端设备就会告诉总线设备自己已经准备好建立连接了。两者状态同步后，总线设备LTSSM开始检测可用的通道数，并且开始链路训练，用来确认该状态下的链路最佳的通信参数。
2. 物理层的linkup建立后，数据链路模块开始工作，并且初始化控制流。
3. 控制流初始化完毕后。数据链路模块发信号给传输层模块，告诉他准备好允许发送/接收TLP流量。

Tips:在正常操作期间，LTSSM和数据链路模块继续管理底层链路完整性。 4、pcie枚举发现新设备。

PCIE地址空间分类

pcie的空间分为io、mem与配置空间。配置空间是每一个PCI设备都要提供的一个寄存器，位于硬件设备中，它的作用是：

1. 告诉系统本硬件的名称、生产厂商、设备类型、版本、是否支持背靠背传输等信息；
2. 告诉系统本硬件需要的IO、中断、MEMORY等资源的数量；
3. 接受系统赋予以上资源的基地址；
   
   EP设备配置空间
   

实例分析

bar中的地址，就是linux kernel map中的物理地址（linux kernel如果是32位，那么虚拟内存大小是一块4G的空间，各个外设比如pci，ddr等通过映射的方式可以将物理地址映射上来）。另外这个bar地址是上电后系统根据实际配置情况与bar信息经过映射的地址，保存在pci设备中的配置信息记录的是设备在pci空间中的地址与长度等信息。

拿到bar中的地址信息了。我们就等于拿到了pcie设备的寄存器起始地址了。接下来就可以正式编写设备驱动了。

PCIE两种访问方式

默认情况下，RC outbound的方式访问PCIE设备。如果需要RC inbound，那么需要额外配置。

（参考来源组内大佬的分享文档）