1、其它学习文章

PCIe扫盲系列博文连载目录篇（第一阶段）-Felix-电子技术应用-AET-中国科技核心期刊-最丰富的电子设计资源平台

2、PCI和PCIe总线简单介绍

PCI（Peripheral Component Interconnect）和PCIe（PCI Express）是计算机中用于连接硬件设备的总线标准。

2.1、PCI

• 定义：PCI是一种并行总线标准，用于连接计算机主板上的各种硬件设备，如显卡、网卡、声卡等。
• 历史：由Intel在1990年代初推出，取代了早期的ISA总线。
• 特点：
  • 并行传输：数据通过多条线路同时传输。
  • 带宽：最初版本为32位，33 MHz，带宽133 MB/s。
  • 插槽：通常为白色，有多个版本（如32位和64位）。
  • 局限性：随着设备需求增加，带宽和扩展性不足。

2.2、PCIe

• 定义：PCIe是PCI的升级版，采用串行传输，提供更高带宽和更好扩展性。
• 历史：由PCI-SIG在2003年推出，逐步取代PCI。
• 特点：
  • 串行传输：数据通过差分对传输，减少干扰。
  • 带宽：每个通道（lane）单向带宽250 MB/s（1.0版本），最新版本可达数GB/s。
  • 通道数：支持1x、4x、8x、16x等配置，带宽随通道数增加。
  • 热插拔：支持设备热插拔。
  • 兼容性：软件兼容PCI，硬件接口不同。

3、引脚概述

3.1、PCI

3.1.1、PCI引脚概述

PCI（Peripheral Component Interconnect）是一种并行总线标准，用于连接计算机主板上的各种硬件设备。PCI的引脚数量和功能取决于其版本（32位或64位）：

• 32位 PCI：124针（62针A面 + 62针B面）
• 64位 PCI：188针（94针A面 + 94针B面）

PCI的引脚设计是统一的，32位和64位版本在物理接口上有一定的兼容性：

• 64位PCI插槽可以兼容32位PCI卡。
• 32位PCI插槽不能插入64位PCI卡。

3.1.2、PCI引脚定义

以下是32位和64位PCI的引脚定义说明：

3.1.2.1、32位 PCI (124针)

A面（62针）：

引脚号	信号名称	描述
1	-12V	-12V电源
2	TCK	测试时钟（JTAG）
3	GND	地
4	TDO	测试数据输出（JTAG）
5	+5V	+5V电源
6	+5V	+5V电源
7	INTB#	中断信号B
8	INTD#	中断信号D
9	PRSNT1#	插槽存在检测1
10	RSVD	保留
…	…	…
62	AD31	地址/数据线（最高位）

B面（62针）：

引脚号	信号名称	描述
1	GND	地
2	+5V	+5V电源
3	+5V	+5V电源
4	GND	地
5	+5V	+5V电源
6	+5V	+5V电源
7	GND	地
8	+5V	+5V电源
9	+5V	+5V电源
10	GND	地
…	…	…
62	AD0	地址/数据线（最低位）

3.1.2.2、64位 PCI (188针)

64位PCI在32位的基础上增加了额外的引脚，以支持更高的带宽和更多的功能。

A面（94针）：

• 新增引脚：
  • AD[63:32]：扩展的地址/数据线（高位）。
  • C/BE[7:4]#：扩展的字节使能信号。
  • PAR64：64位奇偶校验信号。
  • ACK64#：64位传输确认信号。
  • REQ64#：64位传输请求信号。

B面（94针）：

• 新增引脚：
  • AD[63:32]：扩展的地址/数据线（高位）。
  • C/BE[7:4]#：扩展的字节使能信号。
  • GND：额外的地引脚。
  • VCC：额外的电源引脚。

3.1.3、PCI引脚功能分类

类别	信号	描述
系统引脚	CLK：给PCI设备提供时钟 RST#：用于复位PCI设备
地址/数据引脚	AD[31:00]：地址、数据复用 C/BE[3:0]：命令或者字节使能 PAR：校验引脚
接口控制	FRAME#：PCI主设备驱动此信号，表示一个传输开始了、进行中 IRDY#：Initiator ready, 传输发起者就绪，一般由PCI主设备驱动此信号 TRDY#：Target ready，目标设备驱动，表示它就绪了 STOP#：目标设备驱动，表示它想停止当前传输 LOCK#：锁定总线，独占总线，有PCI桥驱动此信号 IDSEL：Initialization Device Select，配置设备时，用来选中某个PCI设备 DEVSEL#：Device Select，PCI设备驱动此信号，表示说：我就是你想访问的设备
仲裁引脚	REQ#：申请使用PCI总线 GNT#：授予，表示你申请的PCI总线成功了，给你使用
错误通知引脚	PERR#：奇偶校验错误 SERR#：系统错误
中断引脚(可选)	INTA#、INTB#、INTC#、INTD#

3.2、PCIe

3.2.1、PCIe引脚概述

PCIe的引脚数量和功能取决于通道数（Lane数），但每个通道的基本引脚定义是相同的。每个通道（Lane）由2对差分对组成：

• 1对差分对用于发送（TX）
• 1对差分对用于接收（RX）

此外，PCIe插槽还包括电源、地、参考时钟、复位信号等辅助引脚。

3.2.2、PCIe引脚定义

3.2.2.1、PCIe 1x

PCIe 1x 是最小的配置，通常用于低带宽设备。以下是1x插槽的引脚定义：

A面（主板侧）

引脚号	信号名称	描述
1	+12V	12V电源
2	+12V	12V电源
3	+12V	12V电源
4	GND	地
5	JTAG2	保留（测试用）
6	JTAG3	保留（测试用）
7	JTAG4	保留（测试用）
8	JTAG5	保留（测试用）
9	3.3V	3.3V电源
10	3.3V	3.3V电源
11	PERST#	复位信号
12	GND	地
13	REFCLK+	参考时钟（正）
14	REFCLK-	参考时钟（负）
15	GND	地
16	HSOP0	热插拔信号
17	PRSNT1#	插槽存在检测
18	GND	地

B面（主板侧）

引脚号	信号名称	描述
1	+3.3V	3.3V电源
2	+3.3V	3.3V电源
3	GND	地
4	GND	地
5	SMCLK	系统管理时钟
6	SMDAT	系统管理数据
7	GND	地
8	+3.3V	3.3V电源
9	JTAG1	保留（测试用）
10	+3.3V	3.3V电源
11	WAKE#	唤醒信号
12	RSVD	保留
13	GND	地
14	PETp0	Lane 0 发送（正）
15	PETn0	Lane 0 发送（负）
16	GND	地
17	PERp0	Lane 0 接收（正）
18	PERn0	Lane 0 接收（负）

3.2.2.2、PCIe多通道配置（4x、8x、16x）

PCIe支持多通道配置，每个通道的引脚定义与1x相同，但通道数增加时，引脚数量也会相应增加。较小通道数的设备可以插入较大通道数的插槽（向下兼容）。以下是不同通道数的引脚特点：

1x:

• 18针（每面）
• 1个通道（4个差分对：2个TX，2个RX）

4x:

• 32针（每面）
• 4个通道（16个差分对：8个TX，8个RX）

8x:

• 49针（每面）
• 8个通道（32个差分对：16个TX，16个RX）

16x:

• 82针（每面）
• 16个通道（64个差分对：32个TX，32个RX）

3.2.3、PCIe引脚功能分类

1. 差分对（Lane）:

• 每个通道有4个差分对（2个TX，2个RX）。
• 用于高速串行数据传输。

2. 电源和地:

• 提供3.3V、12V电源和地引脚。
• 确保设备供电稳定。

3. 参考时钟:

• REFCLK+ 和 REFCLK- 提供100MHz的参考时钟。

4. 控制信号:

• PERST#：复位信号。
• WAKE#：唤醒信号。
• PRSNT1#：插槽存在检测。

5. 系统管理:

• SMCLK 和 SMDAT：用于系统管理总线（SMBus）。

6. 保留引脚:

• 用于未来扩展或测试（如JTAG）。

4、PCI和PCIe的区别

从应用的角度来看，PCI和PCIe的主要区别如下：

特性	PCI	PCIe
性能	带宽低，并行传输，抗干扰能力差	带宽高，串行传输，抗干扰能力强
扩展性	插槽数量有限，总线共享，扩展性差	支持多通道配置，点对点连接，扩展性强
兼容性	兼容性较差，无法与PCIe设备直接兼容	兼容PCI软件栈，支持向下兼容
适用场景	旧设备、低带宽设备、成本敏感场景	高性能设备、现代计算机、数据中心
未来趋势	逐渐淘汰	持续发展，成为主流标准