关于PCI总线和PCI-X总线的简要介绍

PCI-X

PCI-X总线在PCI总线的基础上发展而来，其在软件和硬件层面上都是兼容PCI总线的，但是却显著的提高了总线的性能。也就是说PCI-X的设备可以直接插到PCI的插槽中去，PCI的设备也可以直接插到PCI-X的插槽中去。

从硬件层面上来说，PCI-X继承了PCI总线中的Reflected-Wave Signaling，但是在信号的输入端加入了输入寄存器以增强时序性能，提高了总线的时钟频率。在PCI-X2.0的Spec中还提出了DDR和QDR技术，进一步提高了PCI-X总线的带宽。

一个典型的PCI-X总线系统的例子如下图所示：

下面是一个PCI-X 突发读存储操作（Burst Memory Read Bus Cycle）的例子：

在PCI总线中，以总线主机从从机设备读操作为例，当从机设备尚未准备好结束这次操作（从机设备未就绪，且数据尚未发送完）时，可以通过锁存数据并插入等待周期，或者发起Retry操作。PCI-X总线采用了一种叫做Split Transaction的方式来处理这种情况，如下图所示。此时，发起读操作的总线主机被称为Requester，而接受并向总线上发送数据的从机设备被称为Completer。

注：PCIe Spec中继承了PCI-X的这种命名方式。

采用这种方式的PCI-X总线的总线传输利用率（效率）可以达到85%，而标准的PCI总线只有50%-60%。关于Split Transaction的详细内容，建议大家去参考PCI-X的Spec，这里不再详细地介绍。此外，PCI-X总线还配置地址寄存器（Configuration Address Register）中加入了NS（No Snoop）和RO（Relaxed Ordering）两位以提高总线传输效率。

前面的文章中介绍过，PCI总线的中断操作是通过一系列的边带信号（Sideband Signals）来完成的，在PCI-X Spce中引入了消息信号中断（MSI，Message Signaled Interrupts）的机制，以取代这些边带信号，进而精简系统设计。

注：关于MSI的详细内容，建议参考PCI-X Spec，此处不再详细介绍。

在介绍PCI-X2.0中提出的源同步模型之前，首先先来简单地聊一聊非源同步模型的内在问题。所谓非源同步，就是说，信号的发送端和接收端的时钟分别由一个或者两个时钟源驱动，发送端和接受端的时钟同频率，但是却很难保证其同相位（即存在时钟的相位偏差，skew）。

如上图所示，由于信号线众多，在PCB设计的时候，很难保证每一条信号线的长度都完全相同（更不要说还有过孔等因素）。因此，即使信号在发送时完全沿对沿的（实际上也是不可能的，对于PCI总线来说），也很难保证信号在同一时间到达接收端，此时的信号必然不再是沿对沿的了。如果不同信号线之间的传输延时差异较大，就很容易导致信号在接收端的采样错误，进而提高数据传输的误码率。

为了解决这些问题，在PCI-X2.0的Spec中提出了源同步模型（实际上，在目前高速的FPGA逻辑设计和数字ASIC设计中采用的基本上都是源同步的模型）。如下图所示，此时系统的时钟由发送端（即Source Device）直接提供，并和数据信号一同传输至接收端，这就很好地解决非源同步模型中的时钟相位差（Skew）的问题。此外，PCI-X2.0还在接收端输入寄存器的基础上支持了DDR输入，甚至是QDR输入，极大地提高了总线的带宽。64-bit的133MHz PCI-X2.0 QDR总线的带宽甚至达到了惊人的4262MB/s！基本上算是并行总线的巅峰了（DDR SDRAM不算是总线）。

然而，有意思的是，PCI-X2.0似乎生不逢时，虽然它显著地提高了PCI总线的带宽，但依旧无法掩盖并行总线在高速总线数据传输中劣势。PCI-X2.0总线虽然性能优异，但是却几乎很少得到应用，由于其高功耗高成本，且并行总线的引脚过多，需要极其复杂的PCB设计，导致PCI-X2.0只在极少数高端的市场中得到了应用（如服务器市场等）。导致PCI-X2.0未能达到大规模应用的另一个因素就是PCI Express（PCIe）总线时代的到来，其标志着高速串行总线取代传统的并行总线的时代的开端。