PCI总线原理(四)

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       PCI即Peripheral Component Interconnect，中文意思是“外围器件互联”，是由PCISIG (PCI Special Interest Group)推出的一种局部并行总线标准。在现在电子设备中应用非常广泛，下面我详细介绍下PCI总线的工作原理，希望对大家有所帮助。

 

    ♦PCI仲裁器工作原理

   假设PCI仲裁器上接三个PCI设备，如下图所示。

 

    假定PCI1,PCI2,PCI3三个设备的优先级相同，上电后，PCI总线仲裁器会将PCI1设备的GNT1信号驱动为低电平(有效)。即PCI1占用PCI总线。如果此时PCI1上没有数据传输，但PCI2上有数据要传输，PCI2设备就会驱动REQ2为低电平来向仲裁器发出PCI总线使用请求。仲裁器在时钟的上升沿采样到REQ2信号，在下一个时钟沿，PCI2将FRAME和IRDY驱动为低电平(FRAME和IRDY是所有PCI设备共用的)，仲裁器在时钟的上升沿采样到这两个信号后，就将GNT2驱动为低电平，应答PCI2的请求，这样，PCI2就拥有了PCI总线的使用权。

 

    这里有一个问题，为什么PCI总线仲裁器不在采样到REQ2信号有效后立即将GNT2置低，将PCI总线的使用权交给PCI2设备，而是要等到PCI2设备的FRAME和IRDY信号有效后才执行呢？

 

    这主要是仲裁器避免某些PCI设备申请总线使用权而实际上不使用，所以要等到FRAME和IRDY信号有效后(表示数据传输准备就绪)才授权使用总线。如果仲裁器在采样到REQ2有效后，一直没有采样到FRAME和IRDY信号有效，仲裁器会不会一直等待下去呢？答案是不会，仲裁器内部有一个定时器，等到定时器超时后，仲裁器就不再等了。

 

    仲裁规则：优先级高设备抢占优先级低设备资源

    假设三个PCI设备的优先级顺序为：PCI3>PCI2>PCI1。

某个时刻，PCI1正在使用PCI总线传输数据，如果此时PCI2想要使用PCI总线，于是将REQ2驱动为低，向PCI总线仲裁器申请PCI总线的使用权，此时REQ1和REQ2都处于有效状态，虽然PCI2的优先级高于PCI1，但是总线仲裁器不会马上响应PCI2的请求。而是等待PCI1完成一次操作(注意：是一次操作，不是全部)后，PCI1将FRAME和IRDY总线驱动为高(每完成一次操作都需要进行此操作的)。

 

    PCI2探测到PCI总线空闲后，将FRAME和IRDY信号驱动为低。总线仲裁器采样到这两个信号有效后，将GNT1驱动为高，同时将GNT2驱动为低，将总线的使用权转交给PCI2。

此时，如果PCI1完成了全部传输，会将REQ1驱动为高。

 

    如果PCI1还有数据等待传输，那么它会将REQ1一直保持为低电平，一直进行总线申请。一直等待到PCI2完成所有操作后，还会将PCI总线的使用权释放给PCI1。

 

      ♦PCI操作类型

    前面已经说过了，在FRAME信号有效后的第一时钟周期，AD[31:0]总线上传输的是目标PCI器件的地址，C/BE[3:0]上传输的操作命令类型。如下图所示。

    

 

      ♦PCI总线的读写时序

    PCI总线写时序如下图所示。(点击看清楚大图)

 

 

     如上图所示，在FRAME#有效后的第一个时钟周期内，AD上传输的是要写入目标PCI设备的地址信息，C/BE#上传输的是命令类型(I/O写命令为0011)，DEVSEL#信号有效后，表明目标PCI设备已经被选择到，IRDY#和TRDY#同时有效后，主PCI设备向目标PCI设备中传输要写入的数据，在第5个时钟周期时，IRDY#和TRDY#同时变为无效状态，AD总线上被插入一个等待周期，第6和第7个时钟周期时，IRDY#有效，但是TRDY#无效，传输仍然不能有效进行，总线上被继续插入两个等待周期，第8个时钟周期时，IRDY#和TRDY#都有效，数据传输继续。

 

    PCI总线的读时序如下图所示。

 

    读操作同写操作类似，只是在FRAME#有效后的第一个时钟周期内，C/BE#上传输的是读操作命令而已(I/O读操作命令为0010)。