Diese Ausarbeitung soll einen Überblick über die wichtigsten Eigenschaften des ′Peripheral Component Interconnect Bus′ (PCI-Bus) geben.
Dazu erläutere ich in Abschnitt 2 die Entwicklung von ISA- und VL-Bus, die Probleme, die PCI zu lösen hatte, und die Erweiterungen seit seiner ersten Veröffentlichung. In Abschnitt 3 wird der PCI-Bus eingehender behandelt. Ich gebe dort zuerst einen Überblick über die Eigenschaften des Busses und erläutere dann einige Themen detailierter. Zum Abschluÿ wird in Abschnitt 4 noch auf die aktuellen Entwicklungen eingegangen, mit kurzen Einführungen zu PCI-X und PCI Express.
Die aktuelle PCI Spezifikation der PCI Special Interest Group, auf die ich hier aufbaue, ist Revision 3.0 vom 12. August 2002. Für eine detailliertere und umfassendere Beschreibung und weitere Grafiken siehe [12]. Desweiteren stütze ich mich auf [1, 6, 10], da sie das Thema jeweils unterschiedlich beleuchten. Leider beziehen diese sich auf ältere Revisionen der PCI Spezifikation und die entnommenen Passagen mussten auf den aktuellen Stand überarbeitet werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
2 Motivation
2.1 (E)ISA
2.2 VESA-Local-Bus
2.3 PCI
3 Der PCI-Local-Bus
3.1 Signale und Adressierung
3.1.1 Signale
3.1.2 Adressierung
3.2 Busoperationen
3.2.1 Bustransaktionen
3.2.2 Buskommandos
3.3 Busarbitration
3.4 Plug-and-Play und der Konfigurationsadressraum
3.5 64-Bit Erweiterung
3.6 Weitere Eigenschaften
4 Ausblick
4.1 PCI-X
4.2 PCI Express
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Diese Ausarbeitung verfolgt das Ziel, einen fundierten Überblick über den Peripheral Component Interconnect Bus (PCI-Bus) zu geben. Dabei werden die technologischen Defizite der Vorgängersysteme (ISA, VESA-Local-Bus) analysiert und die Funktionsweise, Signale, Adressierung sowie die Konfigurationsmechanismen des PCI-Standards detailliert erläutert.
- Historische Entwicklung der PC-Erweiterungsbusse
- Technische Spezifikationen und Signalstrukturen des PCI-Bus
- Mechanismen der Busarbitration und Bustransaktionen
- Automatisierte Konfiguration via Plug-and-Play
- Evolutionäre Weiterentwicklungen wie PCI-X und PCI Express
Auszug aus dem Buch
3.2 Busoperationen
Im nächsten Abschnitt werden die grundlegenden Abläufe für Lese- und Schreibzugriffe erläutert. Danach werden die in PCI zur Verfügung stehenden Buskommandos näher betrachtet.
3.2.1 Bustransaktionen
Generell laufen Transaktionen in zwei Phasen ab. Erst die Adressphase, in der die Adresse übermittelt wird (32 oder 64 Bit), und danach beliebig viele Datenphasen, in denen die eigentlichen Daten transferiert werden.
Der Initiator leitet eine Transaktion mit seinem FRAME#-Signal ein und beendet sie auch damit. Hat das Target die Adresse dekodiert, bestätigt es die Auswahl mit seinem DEVSEL#-Signal. Solange diese beiden Signale aktiv sind dauert die Transaktion an. Um sich gegenseitig die Bereitschaft zum Datentransfer mitzuteilen, dienen die Signale IRDY# des Initiators und TRDY# des Targets. Ist eines der beiden Signale nicht aktiv, kommt es zu einem oder mehreren Wartezyklen bis beide Signale wieder aktiv sind oder die Transaktion abgebrochen wird.
Der Lesezugriff, wie in Abbildung 3-3 dargestellt, beginnt mit der Adressphase, also dem Aktivieren des FRAME#-Signals des Initiators und dem Anlegen der Buskommandos auf die C/BE#-Leitungen. IRDY#, TRDY# und DEVSEL# befinden sich in einer Umschaltphase, da sie eventuell zuvor von einem anderen Master genutzt wurden (dargestellt durch die gegenläufigen Pfeile). Im ersten Takt der ersten Datenphase legt der Initiator die entsprechenden C/BE#-Signale an und aktiviert IRDY#, um seine Bereitschaft zum Lesen zu signalisieren. Das Target aktiviert DEVSEL#, um seine Auswahl zu bestätigen. Eine Lesetransaktion braucht beim Wechseln vom Schreiben der Adresse zum Lesen von Daten einen Turnaround-Cycle, um das Device zu wechseln, das auf dem PCI-Bus schreiben kann. Im nächsten Takt sind Daten vom Target verfügbar und TRDY# aktiviert. Wenn IRDY# und TRDY# aktiviert sind, findet ein Datentransfer statt, wodurch die erste Datenphase abgeschlossen wird.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Diese Einleitung skizziert den Aufbau der Arbeit und definiert den thematischen Rahmen der PCI-Spezifikationen.
2 Motivation: Das Kapitel beleuchtet die technologischen Engpässe früherer Bus-Systeme wie ISA und VESA-Local-Bus, die den Bedarf für die PCI-Entwicklung begründeten.
3 Der PCI-Local-Bus: Hier werden die Kernaspekte der PCI-Architektur, einschließlich Signalbelegung, Adressierung, Bustransaktionen und Konfigurationsmechanismen, im Detail analysiert.
4 Ausblick: Dieses Kapitel gibt einen Ausblick auf die Weiterentwicklung der Bustechologie mit den Standards PCI-X und PCI Express.
Schlüsselwörter
PCI-Bus, Bustransaktionen, Signalverwaltung, Adressierung, Peripheral Component Interconnect, Host-to-PCI-Bridge, Busmaster, Arbitration, Plug-and-Play, Konfigurationsraum, PCI-X, PCI Express, Datentransfer, Systemarchitektur.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit bietet eine technische Analyse des PCI-Local-Bus, seiner Funktionsweise sowie seiner Rolle in der PC-Systemarchitektur.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Themen umfassen die historische Evolution der Bussysteme, die technische Spezifikation des PCI-Bus, Arbitrierungsverfahren und die Konfigurationsmechanismen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Vermittlung eines fundierten Verständnisses für die Anforderungen, die zur Entwicklung von PCI führten, sowie der technischen Details der Implementierung.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine technische Ausarbeitung auf Basis der offiziellen PCI-Spezifikationen und einschlägiger Fachliteratur zur Rechnerarchitektur.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil konzentriert sich auf die spezifischen Abläufe des PCI-Bus, wie Busoperationen, Lese- und Schreibzugriffe sowie die Verwaltung von Konfigurationsregistern.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind PCI, Bustransaktion, Busmaster, Adressierung, Konfigurationsraum und die Weiterentwicklungen PCI-X sowie PCI Express.
Was ist die Funktion von DEVSEL# bei einem PCI-Zugriff?
Das Signal DEVSEL# wird vom adressierten Target aktiviert, um zu bestätigen, dass das Device die auf dem Bus anliegende Adresse erkannt hat und für den Datentransfer bereit ist.
Wie unterscheidet sich PCI Express von herkömmlichem PCI?
Im Gegensatz zum parallelen PCI-Bus nutzt PCI Express eine serielle, paketbasierte Datenübertragung über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen.
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- Daniel Jacobi (Author), 2005, Der PCI Local Bus, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/48680
