PCI Express总线架构和总线层次结构浅析

作者：romme

1、PCI Express总线架构

如果将计算机比作人的话，CPU就是人的大脑，而PCIe就是人的神经中枢，负责内部数据信息的传输。下图是PCIe总线结构。

处理器系统首先使用一个虚拟的PCI桥分离处理器系统的存储器域与PCI总线域。FSB总线下的所有外部设备都属于PCI总线域。

RC由两个FSB-to-PCIe桥和存储器控制器组成。这两个FSB-to-PCIe桥分别推出一个x16和x8的PCIe链路，其中x16的PCIe链路连接显卡控制器（GFX），x8的PCIe链路连接一个Switch进行PCIe链路扩展，而存储器控制器连接DDR插槽或颗粒。

PCIe总线使用端到端的连接方式，因此只有Switch才能对PCIe链路进行扩展，而每扩展一条PCIe链路将产生一个新的PCI总线号。

Switch可以将1个x8的PCIe端口扩展为4个x2的PCIe端口，其中每个PCIe端口都可以挂接EP。除此之外，PCIe总线还可以使用PCIe桥，将PCIe总线转换为PCI总线或PCI-X总线，之后挂接PCI或PCI-X设备。

2、PCI Express总线层次结构

PCIE总线采用串行连接方式，并使用数据包(Packet)进行数据传输，且需要通过多个层次，包括事务层、数据链路层和物理层。PCIe总线的层次结构如下图所示。

（1）事务层

事务层定义了PCIE总线使用总线事务，其中多数总线事务与PCI总线兼容。这些总线事务可以通过Switch等设备传送到其他PCIE设备或者RC。RC也可以使用这些总线事务访问PCIE设备。事务层接收来自PCIE设备核心层的数据，并将其封装为TLP(Transaction Layer Packet)后，发向数据链路层。此外事务层还可以从数据链路层中接收数据报文，然后转发至PCIE设备的核心层。

（2）数据链路层

数据链路层保证来自发送端事务层的报文可以可靠、完整地发送到接收端的数据链路层。来自事务层的报文在通过数据链路层时，将被添加Sequence Number前缀和CRC后缀。数据链路层使用ACK/NAK协议保证报文的可靠传递。

（3）物理层

物理层是PCIE总线最底层，将PCIE设备连接在一起。PCIE总线的物理层为PCIE设备间的数据通信提供传送介质，并管理链路状态。

编辑：hfy