1.2 PCI總線的信號定義

PCI總線是一條共享總線，在一條PCI總線上可以掛接多個PCI設備。這些PCI設備通過一係列信號與PCI總線相連，這些信號由地址/數據信號、控製信號、仲裁信號、中斷信號等多種信號組成。

PCI總線是一個同步總線，每一個設備都具有一個CLK信號，其發送設備與接收設備使用這個CLK信號進行同步數據傳遞。PCI總線可以使用33MHz或者66MHz的時鍾頻率，而PCI-X總線可以使用133MHz、266MHz或者533MHz的時鍾頻率。

除了RST#、INTA~D#、PME#和CLKRUN#等信號之外，PCI設備使用的絕大多數信號需要與CLK信號同步。其中RST#是複位信號，PCI設備使用INTA~D#信號進行中斷請求。本篇並不關心PME#和CLKRUN#信號。

1.2.1 地址和數據信號

在PCI總線中，與地址和數據相關的信號如下所示。

(1)      AD[31:0]信號

PCI總線複用地址與數據信號。PCI總線事務在啟動後的第一個時鍾周期傳送地址，這個地址是PCI總線域的存儲器地址或者I/O地址；而在下一個時鍾周期傳送數據[1]。傳送地址的時鍾周期也被稱為地址周期，而傳送數據的時鍾周期也被稱為數據周期。PCI總線支持突發傳送，即在一個地址周期之後，可以緊跟多個數據周期。

(2)      PAR信號

PCI總線使用奇偶校驗機製，保證地址和數據信號在進行數據傳遞時的正確性。PAR信號是AD[31:0]和C/BE[3:0]的奇偶校驗信號。PCI主設備在地址周期和數據周期中，使用該信號為地址和數據信號線提供奇偶校驗位。

(3)      C/BE[3:0]#信號

PCI總線複用命令與字節選通引腳。在地址周期中，C/BE[3:0]信號表示PCI總線的命令。而在數據周期，C/BE[3:0]引腳輸出字節選通信號，其中C/BE3、C/BE2、C/BE1和C/BE0與數據的字節3、2、1和0對應。使用這組信號可以對PCI設備進行單個字節、字和雙字訪問。PCI總線通過C/BE[3:0]#信號定義了多個總線事務，這些總線事務如表1?2所示。

表1?2 PCI總線事務

1.2.2 接口控製信號

在PCI總線中，接口控製信號的主要作用是保證數據的正常傳遞，並根據PCI主從設備的狀態，暫停、終止或者正常完成當前總線事務，其主要信號如下。

(1)      FRAME#信號

該信號指示一個PCI總線事務的開始與結束。當PCI設備獲得總線的使用權後，將置該信號有效，即置為低，啟動PCI總線事務，當結束總線事務時，將置該信號無效，即置為高。PCI設備(HOST主橋)隻有通過仲裁獲得當前PCI總線的使用權後，才能驅動該信號。

(2)      IRDY#信號

該信號由PCI主設備(包括HOST主橋)驅動，該信號有效時表示PCI主設備的數據已經準備完畢。如果當前PCI總線事務為寫事務，表示數據已經在AD[31:0]上有效；如果為讀事務，表示PCI目標設備已經準備好接收緩衝，目標設備可以將數據發送到AD[31:0]上。

(3)      TRDY#信號

該信號由目標設備驅動，該信號有效時表示目標設備已經將數據準備完畢。如果當前PCI總線事務為寫事務，表示目標設備已經準備好接收緩衝，可以將AD[31:0]上的數據寫入目標設備；如果為讀事務，表示PCI設備需要的數據已經在AD[31:0]上有效。

該信號可以和IRDY#信號聯合使用，在PCI總線事務上插入等待周期，對PCI總線的數據傳送進行控製。

(4)      STOP#信號

該信號有效時表示目標設備請求主設備停止當前PCI總線事務。一個PCI總線事務除了可以正常結束外，目標設備還可以使用該信號終止當前PCI總線事務。目標設備可以根據不同的情況，要求主設備對當前PCI總線事務進行重試(Retry)、斷連(Disconnect)，也可以向主設備報告目標設備夭折(Target Abort)。

目標設備要求主設備Retry和Disconnect並不意味著當前PCI總線事務出現錯誤。當目標設備沒有將數據準備好時，可以使用Retry周期使主設備重試當前PCI總線事務。有時目標設備不能接收來自主設備較長的Burst操作時，可以使用Disconnect周期，將一個較長的Burst操作，分解為多個Burst操作。當主設備訪問的地址越界時，目標設備可以使用Disconnect周期，終止主設備的越界訪問。

而Target Abort表示在數據傳送中出現錯誤。處理器係統必須要對這種情況進行處理。在PCI總線中，出現Abort一般意味著當前PCI總線域出現了較為嚴重的錯誤。

(5)      IDSEL信號

PCI總線在進行配置讀寫總線事務時，使用該信號選擇PCI目標設備。配置讀寫總線事務與存儲器讀寫總線事務在實現上略有不同。在PCI總線中，存儲器讀寫總線事務使用地址譯碼方式訪問外部設備。而配置讀寫總線事務使用“ID譯碼方式”訪問PCI設備，即通過PCI設備的總線號、設備號和寄存器號訪問PCI設備的配置空間。

IDSEL信號與PCI設備的設備號相關，相當於PCI設備配置空間的片選信號，這部分內容將在第2.4.4節中詳細介紹。

(6)      DEVSEL#信號

該信號有效時表示PCI總線的目標設備準備好，該信號與TRDY#信號不同之處在於該信號有效僅表示目標設備已經完成了地址譯碼。目標設備使用該信號通知PCI主設備，其訪問對象在當前PCI總線上，但是並不表示目標設備可以與主設備進行數據交換。而TRDY#信號表示數據有效，PCI主設備可以向目標設備寫入或者從目標設備讀取數據。

PCI總線規範根據設備進行譯碼速度的快慢，將PCI設備分為快速、中速和慢速三種設備。在PCI總線上還有一種特殊的設備，即負向譯碼設備，在一條PCI總線上當快速、中速和慢速三種設備都不能響應PCI總線事務的地址時，負向譯碼設備將被動地接收這個PCI總線事務。如果在PCI主設備訪問的PCI總線上，沒有任何設備可以置DEVSEL#信號為有效，主設備將使用Master Abort周期結束當前總線事務。

(7)      LOCK#信號

PCI主設備可以使用該信號，將目標設備的某個存儲器或者I/O資源鎖定，以禁止其他PCI主設備訪問此資源，直到鎖定這個資源的主設備將其釋放。PCI總線使用LOCK#信號實現LOCK總線事務，隻有HOST主橋、PCI橋或者其他橋片可以使用LOCK#信號。在PCI總線的早期版本中，PCI Agent設備也可以使用LOCK#信號，而目前PCI總線使用LOCK#信號僅是為防止死鎖和向前兼容。LOCK總線事務將嚴重影響PCI總線的傳送效率，在實際應用中，設計者應當盡量避免使用該總線事務。

1.2.3 仲裁信號

PCI設備使用該組信號進行總線仲裁，並獲得PCI總線的使用權。隻有PCI主設備需要使用該組信號，而PCI從設備可以不使用總線仲裁信號。這組信號由REQ#和GNT#組成。其中PCI主設備的REQ#和GNT#信號與PCI總線的仲裁器直接相連。

PCI主設備的總線仲裁信號與PCI總線仲裁器的連接關係如圖1?2所示。值得注意的是，每一個PCI主設備都具有獨立的總線仲裁信號，並與PCI總線仲裁器一一相連。而總線仲裁器需要保證在同一個時間段內，隻有一個PCI設備可以使用當前總線。

在一個處理器係統中，一條PCI總線可以掛接PCI主設備的數目，除了與負載能力相關之外，還與PCI總線仲裁器能夠提供的仲裁信號數目直接相關。

在一顆PCI總線樹中，每一條PCI總線上都有一個總線仲裁器。一個處理器係統可以使用PCI橋擴展出一條新的PCI總線，這條新的PCI總線也需要一個總線仲裁器，通常在PCI橋中集成了這個總線仲裁器。多數HOST主橋也集成了一個PCI總線仲裁器，但是PCI總線也可以使用獨立的PCI總線仲裁器。

PCI主設備使用PCI總線進行數據傳遞時，需要首先置REQ#信號有效，向PCI總線仲裁器發出總線申請，當PCI總線仲裁器允許PCI主設備獲得PCI總線的使用權後，將置GNT#信號為有效，並將其發送給指定的PCI主設備。而PCI主設備在獲得總線使用權之後，將可以置FRAME#信號有效，與PCI從設備進行數據通信。

1.2.4 中斷請求等其他信號

PCI總線提供了INTA#、INTB#、INTC#和INTD#四個中斷請求信號，PCI設備借助這些中斷請求信號，使用電平觸發方式向處理器提交中斷請求。當這些中斷請求信號為低時，PCI設備將向處理器提交中斷請求；當處理器執行中斷服務程序清除PCI設備的中斷請求後，PCI設備將該信號置高[2]，結束當前中斷請求。

PCI總線規定單功能設備隻能使用INTA#信號，而多功能設備才能使用INTB#/C#/D#信號。PCI設備的這些中斷請求信號可以通過某種規則進行線與，之後與中斷控製器的中斷請求信號線相連。而處理器係統需要預先知道這個規則，以便正確處理來自不同PCI設備的中斷請求，這個規則也被稱為中斷路由表，有關中斷路由表的詳細描述見第1.4.2節。

PCI總線在進行數據傳遞過程時，難免會出現各種各樣的錯誤，因此PCI總線提供了一些錯誤信號，如PERR#和SERR#信號。其中當PERR#信號有效時，表示數據傳送過程中出現奇偶校驗錯(Special Cycle周期除外)；而當SERR#信號有效時，表示當前處理器係統出現了三種錯誤可能，分別為地址奇偶校驗錯，在Special Cycle周期中出現數據奇偶校驗錯，或者係統出現其他嚴重錯誤。

如果PCI總線支持64位模式，還需要提供AD[63:32]、C/BE[7:4]、REQ64、ACK64和PAR64這些信號。此外PCI總線還有一些與JTAG、SMBCLK以及66MHz使能等信號，本章並不關心這些信號。