《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第I篇 第1章 PCI总线的基本知识（4）

接前一篇文章：《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第I篇 第1章 PCI总线的基本知识（3）

1.1 PCI总线的组成

PCI总线作为处理器系统的本地总线，是处理器系统的一个组成部件。因此，讲述PCI总线的组成结构，不能离开处理器系统这个大环境。在一个处理器系统中，与PCI总线相关的模块如下图所示：

1.1.2 PCI总线

在处理器系统中，包含PCI总线和PCI总线树这两个概念。这两个概念并不相同，在一棵PCI总线树中可能具有多条PCI总线，而具有血缘关系的PCI总线组成一棵PCI总线树。如上图中所示的处理器系统中，PCI总线x树具有两条PCI总线，分别为PCI总线x0和PCI总线x1。而PCI总线y树中仅有一条PCI总线。

PCI总线由HOST主桥或者PCI桥管理，用来连接各类设备，如声卡、网卡和IDE接口卡等。在一个处理器系统中，可以通过PCI桥扩展PCI总线，并形成具有血缘关系的多级PCI总线，从而形成PCI总线树型结构。在处理器系统中有几个HOST主桥，就有几棵这样的PCI总线树，而每一棵PCI总线树都与一个PCI总线域对应。

与HOST主桥直接连接的PCI总线通常被命名为PCI总线0。考虑到在一个处理器系统中可能有多个主桥，上图中将HOST主桥x推出的PCI总线命名为x0总线，而将PCI桥x1扩展出的PCI总线称为x1总线；将HOST主桥y推出的PCI总线称为y0~yn。分属于不同PCI总线树的设备，其使用的PCI总线地址空间分属不同的PCI总线域空间。

1.1.3 PCI设备

在PCI总线中有三类设备：PCI主设备、PCI从设备和桥设备。其中，PCI从设备只能被动地接收来自HOST主桥或者其它PCI设备的读写请求；PCI主设备可以通过总线仲裁获得PCI总线的使用权，主动地向其它PCI设备或者主存储器发起存储器读写请求；桥设备的主要作用是管理下游的PCI总线，并转发上下游总线之间的总线事务。

一个PCI设备可以既是主设备也是从设备，但在同一时刻，此PCI设备只能是二者之一，即要么是主设备、要么是从设备。PCI总线规范将PCI主从设备统称为PCI Agent设备。在处理器系统中，常见的PCI网卡、显卡、声卡等设备都属于PCI Agent设备。

在PCI总线中，HOST主桥是一个特殊的PCI设备，该设备可以获取PCI总线的控制权而访问PCI设备，也可以被PCI设备访问。但是HOST主桥并不是PCI设备，PCI规范也没有规定如何设计HOST主桥。

在PCI总线中，还有一类特殊的设备，即桥设备。其包括PCI桥、PCI-to-（E）ISA桥和PCI-to-Cardbus桥。本书重点介绍PCI桥，而不介绍其它桥设备的实现原理。PCI桥的存在使PCI总线极具扩展性（这句已经提到很多次了），处理器系统可以使用PCI桥进一步扩展PCI总线。

PCI桥的出现使得采用PCI总线进行大规模系统互连成为可能。但是在目前已经实现的大规模处理器系统中，并没有使用PCI总线进行处理器系统与处理器系统之间的大规模互连。究其原因，是因为PCI总线是一个以HOST主桥为根的树型结构，使用主从架构，因而不易实现多处理器系统间的对等互连。

即便如此，PCI桥仍然是PCI总线规范的精华所在（注意，虽然HOST主桥不是PCI设备，但PCI桥是），掌握PCI桥是深入理解PCI体系结构的基础。PCI桥可以连接两条PCI总线：上游PCI总线（如上图中的PCI总线x0）和下游PCI总线（如上图中的PCI总线x1），这两条PCI总线隶属于同一个PCI总线域，使用PCI桥扩展的所有PCI总线都同属于一个PCI总线域。

其中，对PCI设备配置空间的访问可以从上游总线转发到下游总线，而数据传送可以双方向进行。在PCI总线中，还存在一种非透明PCI桥（前文提到过），该桥芯片不是PCI总线规范定义的标准桥片，但是适用于某些特殊应用。在本书中，如不特别强调，PCI桥是指透明桥，透明桥也是PCI总线规范定义的标准桥片（有点车轱辘话）。

PCI-to-（E）ISA桥和PCI-to-Cardbus桥的主要作用是通过PCI总线扩展（E）ISA和Cardbus总线。在PCI总线推出之后，（E）ISA总线并没有在处理器系统中立即消失，此时需要使用PCI-（E）ISA桥扩展（E）ISA总线，而使用PCI-to-Cardbus桥用来扩展Cardbus总线。本书并不关心（E）ISA和Cardbus总线的设计与实现。

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