PCI/PCIe基础

处理器系统中的PCI

PCI总线全称Peripheral Component Interconnect，它是处理器系统的一部分，属于局部总线，其主要功能是连接外部设备。

PCI总线有独立的地址空间，它与处理器地址空间是隔离的。隔离两者的是一种叫做Host Bus Controller的组件。

下面是一个具有PCI总线的系统的逻辑示意图： 

首先是CPU的结构，下面以Intel I7处理器为例：

上图还没有涉及到PCI的部分，PCI部分位于上图的Chipset中（其实CPU上也是可以有PCI控制器的）。Chipset有南北桥之分，之前北桥是独立的，不过现在一般集成在CPU当中；南桥也不再叫南桥了，而是被称为PCH的部件所代替。另外，对于一些用于嵌入式的系统，连南桥(PCH)也集成在了CPU中。

从上图可以看到多个Host  Bus Controller(即上图的HB x)。一个Chipset可以包含多个HB，而每一个HB可以包含一个到多个的PCI Root Bridge：

一个PCI Root Bridge是PCI树结构的根节点，从它往下可以挂不同的设备。PCI Root Bridge下的总线一般称为BUS(0)，不过需要注意这里的0并非表示实际的总线地址是0，因为一个Host Bus Controller下可能存在多个PCI Root Bridge，所以实际的地址要根据PCI Root Bridge的个数来分配。例如有两个PCI Root Bridge，而一个Host Bus Controller下总线的最大个数是256个(0x00~0xFF)，所以两个PCI Root Bridge下的总线应该是0x00和0x80，即将总线地址分成了两个PCI总线域。

下面是有两个Host Bus Controller的系统：

由于存在两个Host Bus Controllers，因此这个系统支持最多512个PCI总线。

注意，上面的几张图中有个问题，即CPU连接Chipset分别使用了FSB和QPI两种不同的总线，这个不需要特别关注。实际上两种总线都是用来连接CPU和Chipset的，只是QPI更新一点，所以效率更高一点(带宽更大)，新的Intel处理器系统一般都使用了QPI而不再使用FSB。

历史

PCI是一种并行总线，在它之前也有一些连接外设的并行总线，如IAS、EISA和MCA等。

而在PCI之后，也有PCI-X和PCIe总线，两者都是基于PCI总线设计的。

PCI-X总线仍旧采用并行总线技术，而PCIe使用了高速差分总线来达到更高的频率和更大的带宽，且不同于PCI的共享方式，PCIe总线采用端到端的连接方式，在每一条PCIe链路上只能连接两个设备。

PCI树

前面已经讲到PCI Root Bridge是PCI树的根节点，在它之下是BUS(0)。

而在BUS(0)下面可以接两种类型的PCI设备，分别是PCI Bridge和PCI Agent。

其中PCI Bridge用来扩展原来的PCI总线，在PCI Bridge之下可以延伸出新的总线，以此连接更多的设备。

而PCI Agent就是真正的PCI设备(比如网卡)了，是PCI树的最末端。

另外，PCI Bridge还分透明桥和非透明桥，PCI Agent还分主设备和从设备，在这里不多做介绍。

在Linux下，可以通过lspci命令查看PCI树：