讀寫事務工作過程

PCI總線規(guī)范中規(guī)定了兩類數據傳送方式，Posted和Non-Posted(下文簡稱為P方式和NP方式)，對應的有Posted總線事務和Non-Posted總線事務(下文簡稱P事務和NP事務)。

P事務是一種自頂向下逐級釋放資源的模式。當上游總線的數據傳輸事務到達下一級的PCI橋后，由該PCI橋接管事務，將事務轉發(fā)到下游總線，同時結束上游總線的事務。本質上，是該PCI橋重新開辟了一個事務轉發(fā)給下游總線，上游總線就不用管了。

NP事務，則在原則上需要等待數據最終傳送到目標設備，返回響應信息之后，才能結束當前的總線事務。

PCI規(guī)范中規(guī)定，只有存儲器寫請求可以使用P事務，而存儲器讀請求、I/O讀寫請求、配置讀寫請求只能采用NP事務。采用NP方式的數據傳輸將更可靠，但是數據傳輸中對PCI總線資源的占用也十分嚴重。在NP方式下，總線資源的釋放，也是在目標設備的響應信息回送過程中，進行的逐級釋放，因此很容易引起PCI總線的擁塞。對于這一特點，PCI橋對NP事務有優(yōu)化策略，即使用Delayed總線事務來處理NP事務。PCI總線的Delay總線事務由Delay讀寫請求和Delay讀寫完成總線事務組成。主要思想是在NP事務的過程中引入Retry周期。Retry周期指的是PCI橋重新發(fā)起相同的總線周期。當HOST主橋啟動NP方式的PCI讀寫總線事務后，期后的第一個PCI橋首先使用Retry周期，使HOST主橋擇時重新發(fā)起相同的總線周期，此時該PCI橋上游的PCI總線將被釋放。當該PCI橋繼續(xù)轉發(fā)讀寫請求時使用的便是Delayed總線請求。具體的一個示例過程見書中[P20]。

HOST處理器訪問PCI設備

對于I/O讀寫事務和存儲器讀寫事務，要搞清楚I/O地址空間和存儲器地址空間的區(qū)別。PCI總線域中，有PCI設備的存儲器地址空間和I/O地址空間；在存儲器域中，有存儲器的存儲器地址空間和I/O地址空間。但是，是否具有獨立的I/O地址空間，因處理器相異。在x86處理器中，是有獨立的I/O地址空間的，且存儲器域的I/O地址空間和PCI總線域的I/O地址空間相同。但是，仍然要知道區(qū)分這兩個概念。

處理器對于PCI設備發(fā)起的I/O讀寫請求和存儲器讀寫請求的處理過程是類似的，處理器將其可以訪問的存儲器域的I/O地址或者存儲器地址通過HOST主橋轉換為PCI總線域的I/O地址或者存儲器地址。書中的[P16下方→P17]詳細介紹了處理器訪問PCI設備的存儲器寫事務的處理過程；[P17下方→P18]詳細介紹了處理器使用純粹NP方式訪問PCI設備的存儲器讀事務的處理過程，這個過程清楚地展示了NP方式的一個特點，就是PCI總線在向上傳遞目標設備的響應時，后方不再使用的總線事務才會關閉(結束)。對于I/O寫事務的過程，則是留給讀者考慮(I/O讀事務和存儲讀事務的處理過程類似)。

?這里再次給出了圖1-1，接下來嘗試探討處理器向PCI設備發(fā)起I/O寫事務的過程。

以處理器向PCI設備11發(fā)起I/O讀寫操作為例。這里假設事務過程使用的是純粹的NP方式(沒有使用Delayed傳送方式)。I/O寫總線事務的處理過程如下：

a.??? 首先處理器將要傳遞的數據放入通用寄存器中，然后向PCI設備映射到存儲器域的地址進行I/O寫操作。對于有獨立I/O地址空間的處理器(如x86)，在事務開始前，x86處理器會將PCI設備使用的I/O地址映射到存儲器域的I/O地址空間中，之后處理器可以通過IN、OUT等指令對存儲器域的I/O地址進行訪問，然后通過HOST主橋將PCI存儲器域的I/O地址轉換為PCI總線域的I/O地址；對于沒有獨立I/O地址的處理器，如PowerPC，在HOST主橋初始化的時候，將PCI設備使用的I/O地址空間映射為處理器的存儲器地址空間，在請求到來時，HOST主橋再進行地址的轉換。

b.??? HOST主橋x接收來自處理器的I/O寫請求（在HOST主橋x和y應該是經歷過一個地址范圍的判斷），HOST主橋x進行存儲器地址到PCI總線域的PCI總線地址的轉換，然后向PCI總線x0發(fā)起I/O寫總線事務；

c.???? PCI總線上的所有設備都將監(jiān)聽這個事務，最后PCI橋x1接收這個事務，然后該橋向PCI總線x1發(fā)起新的PCI總線I/O寫請求。

d.??? PCI總線x1上所有的設備都將監(jiān)聽此事務，最后PCI設備11接收此事務，通過設備的控制器接口將事務中的數據寫入到指定地址，并將這個寫請求總線事務轉換為I/O寫完成總線事務(回送響應，回應)?！盎貞毕蛏蟼鬟f。

e.??? “回應”上傳到PCI橋x1時，結束PCI總線x1上的PCI總線事務；

f.???? “回應”通過PCI總線x0繼續(xù)上傳到HOST主橋x時，結束PCI總線x0上的PCI總線事務。

g.??? HOst主橋x將“回應”傳遞給處理器，最終結束處理器的I/O寫操作。

PCI設備讀寫主存儲器

PCI讀寫主存儲器是DMA過程。在PCI設備的DMA過程中，使用的地址也是PCI總線域的地址，因此當DMA請求到達HOST主橋時候，也需要主橋將地址轉換為存儲器域的地址。書中[P18下方→P19]的內容詳細介紹了PCI設備向主存儲器發(fā)起DMA讀寫的過程。根據表1-2 “PCI總線事務”中的說明，PCI總線事務中的Memory Read/Write（存儲器讀/寫）可以是處理器向PCI設備發(fā)起的，也可以是PCI設備向處理器發(fā)起的。因此，這里的DMA讀寫操作對應的其實是一種PCI設備對處理器發(fā)起的存儲器讀寫總線事務。（I/O讀寫事務只能是處理器向PCI設備發(fā)起的？）

PCI設備處理可以向主存儲器發(fā)起DMA操作，還可以向其他的PCI設備發(fā)起讀寫操作，不過不常見（目前我的理解是，這中讀寫事務也算一種存儲器讀寫事務，同樣的寫事務將使用P方式，讀事務將使用NP方式）。

還是參考上面的圖1-1，書中介紹了PCI設備11向主存儲器發(fā)起DMA讀寫(PCI存儲器讀寫事務)的詳細過程[P18-19]，以及PCI設備11將數據寫入PCI設備01的過程[P19下方]，接下來嘗試探討PCI設備11從PCI設備01讀取數據的過程。

為方便說明，還是將圖1-1放在這里。

a.?????? PCI設備11將PCI讀總線事務發(fā)向PCI總線x1上，PCI橋x1和PCI設備12同時監(jiān)聽此總線事務。

b.?????? PCI橋x1將接收這個總線事務，并將此PCI讀總線事務上推到PCI總線x0。

c.?????? PCI總線x0上的所有設備將監(jiān)聽此PCI讀總線事務，最后由PCI設備01接收這個數據請求，并將所需數據通過PCI總線x0傳輸到PCI橋x1，此時結束PCI總線x0上的讀請求總線事務。

d.?????? PCI橋x1將收到的數據通過PCI總線x1傳輸給PCI設備11，此時結束PCI總線x1上的總線事務。

總結

好的，PCI總線的知識介紹，告一段落。我把《PCI Express體系結構導讀》中第一章關于PCI協議的知識基本都覆蓋到了。這個總結的過程對知識有很好的鞏固作用，但是效率也低，之后我不會再做這么詳細的總結了，而打算采取更為抽象的腦圖模式，或者是邊看便總結。不過這個付出是值得的，因為PCI協議的知識作為PCIe協議的重要基礎，學得再怎么扎實都不過分。