《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第I篇 第2章 PCI总线的桥与配置（25）

接前一篇文章：《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第I篇 第2章 PCI总线的桥与配置（24）

2.5 非透明PCI桥

PCI桥规范定义了透明桥的实现规则，在2.3.1节中（《PCI Express体系结构导读》随记 —— 第I篇 第2章 PCI总线的桥与配置（11））详细介绍了这种桥片。

通过透明桥，处理器系统可以以HOST主桥为根节点，建立一颗PCI总线树，在这个树上的PCI设备共享同一个PCI总线域上的地址空间。

但是在某些场合下PCI透明桥并不适用。在图2-15所示的处理器系统中存在两个处理器，此时使用PCI桥1连接处理器2并不利于整个处理器系统的配置与管理。我们假定PCI总线使用32位地址空间，而处理器1和处理器2所使用的存储器大小都为2GB，同时我们假定处理器1和处理器2使用的存储器都可以被PCI设备访问。

此时处理器1和2使用的存储器空间必须映射到PCI总线的地址空间中，而32位的PCI总线只能提供4GB地址空间，此时PCI总线x0的地址空间将全部被处理器1和2的存储器空间占用，而没有额外的空间分配给PCI设备。

此外有些处理器不能作为PCI Agent设备，因此不能直接连接到PCI桥上，比如x86处理器就无法作为PCI Agent设备，因此使用PCI透明桥无法将两个x86处理器直接相连。

如果处理器2有两个以上的PCI接口，其中一个可以与PCI桥1相连（此时处理器2将作为PCI Agent设备），而另一个作为HOST主桥y连接PCI设备。此时HOST主桥y挂接的PCI设备将无法被处理器1直接访问。

使用透明桥也不便于解决处理器1与处理器2间的地址冲突。如图2-15所示的处理器系统，如果处理器1和2都将各自的存储器映射到PCI总线地址空间中，有可能会出现地址冲突。虽然PowerPC处理器可以使用Inbound寄存器，将存储器地址空间映射到不同的PCI总线地址空间中，但并不是所有的处理器都具有这种映射机制。许多处理器的存储器地址与PCI总线地址使用了“简单相等”这种映射方法，如果PCI总线连接了两个这样的处理器，将不可避免地出现PCI总线地址的映射冲突。

采用非透明桥将有效解决以上这些问题。非透明桥并不是PCI总线定义的标准桥片，但是这类桥片在连接两个处理器系统中得到了广泛的应用。一个使用非透明桥连接两个处理器系统的实例如图2-16所示：

使用非透明PCI桥可以方便地连接两个处理器系统。从上图中我们可以发现非透明桥可以将PCI总线x域与PCI总线y域进行隔离。值得注意的是，非透明PCI桥的作用是对不同PCI总线域地址空间进行隔离，而不是隔离存储器域地址空间。而HOST主桥的作用才是将存储器域与PCI总线域进行隔离。

非透明PCI桥可以连接两条独立的PCI总线，一条被称为Secondary PCI总线，另一条被称为Primary PCI总线。但是这两条总线没有从属关系，两边是对等的（有些非透明桥，如DEC21544的两边并不是完全对等的，尤其是在处理64为地址时，本文对此不做详细说明）。从处理器x的角度上看，与非透明PCI桥右边连接的总线叫Secondary PCI总线；而从处理器y的角度上看，非透明PCI桥左边连接的总线叫Secondary PCI总线。

HOST处理器x和PCI设备可以通过非透明PCI桥，直接访问PCI总线y域的地址空间，并通过HOST主桥y与访问存储器y；HOST处理器y和PCI设备也可以通过非透明PCI桥，直接访问PCI总线x域的地址空间，并通过HOST主桥x访问存储器x。为此非透明PCI桥需要对不同PCI总线域的地址空间进行转换。

目前有许多厂商可以提供非透明PCI桥的芯片，在具体实现上各有差异，但是其基本原理类似。下一回将以Intel 21555为例说明非透明PCI桥。值得注意的是，在PCIe体系结构中，也存在非透明PCI桥的概念。