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PCIe扫盲——PCI总线中的Reflected-Wave Signaling

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PCI Spec规定了每个PCI总线上最多可以连接多达32个PCI设备,但是实际上却远远达不到32个,33MHz的32位PCI总线一般只能连接10到12个负载。

注:如果使用插槽连接,则一个连接算两个PCI设备,插槽和PCI卡分别算作一个PCI设备。也就是说一个33MHz的PCI总线最多只能连接4到5个插槽即PCI卡。

这是因为PCI总线在设计的时候,为了降低功耗,采用了一种叫做reflected‐wave signaling的技术,如下图所示:

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由图可知,为了降低功耗PCI设备的发送端采用了一种 weak transmit buffers,其只能驱动信号电平达到实际需求的一半。然后依靠反射回来的信号叠加到原本的信号上,使得信号电平达到实际的需求。当然,所有的这些过程都要求在一个时钟周期内完成,这种机制也限制了PCI总线频率的提高,也限制了单个PCI总线上的最大连接设备的数量。如果需要连接更多的PCI设备,则需要借助PCI-to-PCI桥,每个桥的内部都有隔离,这保证了每个桥又可以连接额外的10~12个负载。但是PCI Spec规定了,一个PCI总线系统中,最多只能有256个子总线。

注:熟悉信号完整性分析的朋友应该知道,在高速信号传输中,反射往往会导致信号的形变,使得信号质量变差,误码率变高,甚至信号收发异常,传输中断。然而,在一些特定的领域(比如PCI总线),合理地使用反射机制,可以达到降低功耗等效果。不过,相对于目前的很多高速串行信号,PCI总线算是很慢的信号了,像PCI总线这种利用反射机制降低功耗的,几乎不可能在高速信号得到应用。

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此外,PCI总线的Input Buffer还没有加输入寄存器,这对信号的Setup时间提出了更高的要求。

一个包含PCI-to-PCI桥的33MHz PCI总线系统的架构图如下所示:

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