1、每一天，許許多多的汽車都面臨著同一個問題：城區(qū)交通。與此類似，如今的處理器系統(tǒng)也需要處理數(shù)據(jù)流。城市的規(guī)劃者力圖通過盡可能進(jìn)步交通速度，并在資源允許的前提下盡可能多修道路來設(shè)法解決這一難題。修的道路越多，可以自由出入城市的通行量也就越大-這與數(shù)據(jù)傳送沒什么不同。只有在平安通行速度有多快、能包容的交通量有多少以及城市所能負(fù)擔(dān)的建立本錢多大之間進(jìn)展權(quán)衡，才能確定最終的結(jié)果。交通擁堵造成上下班時間耽誤，而數(shù)據(jù)以極快的速度突然涌入和流出處理器會造成處理器系統(tǒng)成效浪費(fèi)。系統(tǒng)效率由整體帶寬和信號延遲量決定，它最終確定了典型的數(shù)據(jù)總線傳輸中，在外設(shè)通信上所7費(fèi)的時間。PCIExpress出現(xiàn)了，這種全新的標(biāo)

2、準(zhǔn)旨在通過增加處理器的帶寬，來打破外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i。PCIExpress進(jìn)步了速度，增加了帶寬，為計算市場提供了一種速度更快的新通道（lane）,更確切地說，它提供了多條快速的新通道，這是數(shù)據(jù)總線構(gòu)造方面的術(shù)語。按PCI-SIG的定義而言，PCIExpress是一種開放的標(biāo)準(zhǔn)，從設(shè)計之初就旨在滿足計算和通信行業(yè)不同市場領(lǐng)域內(nèi)，各種現(xiàn)有和將來系統(tǒng)對互聯(lián)的要求。PCIExpress構(gòu)造定義了一種靈敏的、可擴(kuò)展的、高速、串行、點對點、支持熱插拔/熱交換的互聯(lián)方式，且與PCI標(biāo)準(zhǔn)軟件兼容。”PCIExpress已經(jīng)初步開始應(yīng)用在視頻處理的開發(fā)中，其間PCIExpress很容易打破圖形加速端口AGP8

3、x提供的1.xGhz極限。只要想一想每條通道都是以2.4Ghz速度工作，我們有理由相信，開發(fā)人員在下一代外設(shè)中采用這種速度為期不遠(yuǎn)。在可擴(kuò)展T方面，PCIExpress可以根據(jù)系統(tǒng)特定的帶寬需求增加通道到兩條，最多可增加至32條。PCIExpress每條通道的工作頻率都是2.4Ghz,16x插槽的吞吐量為每秒4GB,有上下行通道，只用一半的處理才能其速度就能到達(dá)AGP8x的兩倍。由于通道使用頻段內(nèi)（in-band）的8b/10b編碼時鐘，在不考慮任何數(shù)據(jù)包系統(tǒng)開銷時，每條通道實際的總吞吐量在各方向上為2Gbits/s。圖1提供了一個處理數(shù)據(jù)包的實例，以詳細(xì)說明系統(tǒng)開銷要求。q3MaPayloa

4、dLinkCRC0DaliLinkLayeiTaction.Lay數(shù)據(jù)鏈后層DataLinkLayer處理層TransactionLayer圖1:PCIExpress交換數(shù)據(jù)包進(jìn)步吞吐才能又產(chǎn)生了新的問題：外設(shè)接口要怎樣設(shè)計才能利用PCIExpress的帶寬，以最高效率工作，同時縮短信號延遲？兩個影響帶寬和信號延遲的主要因素是系統(tǒng)的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)包的大小。正如繁忙的街道會造成汽車交通阻塞，系統(tǒng)復(fù)雜性可能會造成帶寬瓶頸，從而嚴(yán)重地降低吞吐才能。系統(tǒng)復(fù)雜性要理解系統(tǒng)復(fù)雜性對吞吐量和信號延遲的影響，讓我們先來看看數(shù)據(jù)是如何在PCIExpress系統(tǒng)中傳送的。PCIExpress與PCI和PCI-X都采

5、用一樣的樹狀拓?fù)錁?gòu)造，如圖2。Processor and I/O !日rklg電BridgePCI Express ! !T r ! P H B JProcessorDeviceDeviceRoot CmnplQM (RC1)Host日爐 (HB1)Host BridgeCHB Q)RootComplex (RCO)MemoryControllerI/O Controtler/Hub圖2:PCIExpress的拓?fù)錁?gòu)造位于樹狀構(gòu)造頂層的根結(jié)合體（RC）直接與處理器I/O接口。每個系統(tǒng)的每個I/O控制器或集線器都至少需要一個RC。RC必須有一個主機(jī)橋（HB）,它是樹狀構(gòu)造中的第一層，用端口直接指

6、揮數(shù)據(jù)傳送。HB上的端口稱作根端口（RP）。根端口可以用支持PCIExpress的物理鏈路與任何PCIExpress器件、橋或交換機(jī)連接。通過在HB和樹狀構(gòu)造中下方”的橋中參加端口地址，數(shù)據(jù)功能就成為了系統(tǒng)設(shè)計和性能中的一部分。例如，數(shù)據(jù)可以從橋端口傳送到處理器，或另一個橋端口對等網(wǎng)絡(luò)，而完全不經(jīng)過處理器。根據(jù)數(shù)據(jù)的要求不同，這種方法能提供系統(tǒng)設(shè)計中無窮的可能性，特別是在最好能盡量防止為簡單的任務(wù)而喚醒處理器的低功耗應(yīng)用中。需要到處理器高速數(shù)據(jù)存取的外設(shè)數(shù)量確定了整個PCIExpress總線的帶寬要求，從外設(shè)到RC。PCIExpress以兩種根本的實現(xiàn)方式來滿足應(yīng)用要求：效勞器和交換機(jī)扇出。效

7、勞器實現(xiàn)方式是從一臺設(shè)備直接連接到根結(jié)合體上的主機(jī)橋。圖2中，直接連接主機(jī)橋的器件框表現(xiàn)了效勞器實現(xiàn)方式。要支持額外白外設(shè)，PCIExpress使用基于交換機(jī)的扇出設(shè)計，以幫助減少傳輸跳躍（transmissionhops）,縮短信號延遲。圖3顯示了一個PCIExpress交換機(jī)扇出方式的實例。PoHOUpstreamPortPort1Port2Port3Part4圖3:PCIExpress交換機(jī)扇出在這種實現(xiàn)方式中，上傳端口Port0與主機(jī)橋連接，如圖2所示。Ports1到4直接與系統(tǒng)中支持PCIExpress的外設(shè)連接，或與其它PCIExpress交換機(jī)的上傳端口直接連接。為簡化路由，每個

8、端口都被指定了一個地址范圍。交換機(jī)越多意味著復(fù)雜度越高，從而讓系統(tǒng)更有可能遭遇帶寬瓶頸。通道寬度協(xié)商(Lanewidthnegotiation),或確保PCIExpress總線上，最遠(yuǎn)的上傳端口的通道數(shù)量大于等于所有下傳端口數(shù)量之和，都有助于確保所有設(shè)備都能有效通訊，讓數(shù)據(jù)能順利傳送。例如，假設(shè)上行端口使用8條通道(x8),它只能支持以下其中之一：一個x8下傳端口downstreamport,或兩個4下傳端口，或四個x2下傳端口，或兩個x2和一個x4下傳端口。你可以看出，由于所有下傳端口之和必須等于與其相連的上傳端口所提供的帶寬，增加額外的下傳交換機(jī)及其端口會對整體帶寬產(chǎn)生怎樣的影響。只要數(shù)量

9、合理，PCIExpress系統(tǒng)本身的高速度不會單獨(dú)引起信號延遲問題。為簡化設(shè)計，PCIExpress的帶寬可以由能從中受益的外設(shè)使用，而PCIExpress的構(gòu)造首先應(yīng)滿足這些設(shè)備的需求。數(shù)據(jù)包大小圖1談到了PCIExpress數(shù)據(jù)包，并以之為例說明了典型的傳輸應(yīng)用中會有多少系統(tǒng)開銷。這種開銷，以及數(shù)據(jù)載荷，會直接影響系統(tǒng)的效率。表1顯示了一個DMA操作中典型數(shù)據(jù)包的分解f#況，其中DMA描繪符讀懇求和讀完成”必須在載荷從存儲器傳到I/O控制器之前傳過底板。CSR用于使DMA和應(yīng)用程序驅(qū)動器同步。由于不同應(yīng)用的系統(tǒng)開銷要求不同，這個例子提供了一個根本數(shù)據(jù)包開銷要求的很好實例。STPSequen

10、ceNumberHeaderPdylariECRCLCRCEndTalalLength(Bytes)ReadRequest1VTnr4124ReadCompletion1?Ie441教MSI1r444128CSRReadRequest1?16444132CSRRead_Compiete1?IE444132146表1:PCIExpress傳輸數(shù)據(jù)包其次，在用于確定帶寬輸出(bandwidththroughput)時，可以擴(kuò)大表1中的系統(tǒng)開銷要求,將與不同數(shù)據(jù)包大小相對應(yīng)的PCIExpress的通道數(shù)包含其中，以確定不同級別的吞吐量，請參見表2。PayloadLength(Bytes)LinkWi

11、dthx1x2x4浦10241.83.S7.3290“2173.36513.326.6256ThraujhputinGlps/s1.42.36.711422.37281,12.2r4.48舊177640.01.53.06.112.2320.60.91.93.817.5160.30.51.12.14.3表2:根據(jù)載荷長度確定帶寬需求表2中提供的信息供設(shè)計師在實現(xiàn)PCIExpress時參考。盡管PCIExpress的速度為2.4Gbps/s，但它的實際吞吐量略小于2Gbps/s。由于載荷的長度與帶寬需求成正比，系統(tǒng)對PCIExpress通道和帶寬的需求取決于最大平均載荷長度。這樣才能確保有足夠的帶寬并且縮短可能