Физический уровень и конструктивы интерфейса PCI Express

Физический уровень интерфейса допускает как электрическую, так и оптиче­скую реализацию. Базовое соединение электрического интерфейса(xl – 1 линия) состоит из двух дифференциальных низковольтных сигнальных пар — передающей (сигналы РЕТрО, РЕТпО) и принимающей (PERpO, PERnO). В интерфейсе примене­на развязка передатчиков и приемников по постоянному току, что обеспечивает совместимость компонентов независимо от технологии их изготовления и сни­мает некоторые проблемы передачи сигналов. Для передачи используется само­синхронизирующееся кодирование, что позволяет достигать высоких скоростей передачи:

2,5Г бит/с «сырых» данных (после кодирования 8В/10В) в каждую сторону – для интерфейса PCI Express 1.0;

5Г бит/с «сырых» данных (после кодирования 8В/10В) в каждую сторону – для интерфейса PCI Express 2.0;

8Г бит/с «сырых» данных (после кодирования 128 бит/130 бит) в каждую сторону – для интерфейса PCI Express 3.0.

Для увеличения (масштабирования) пропускной способности возможно объединение (агрегирование) сигнальных линий (сигнальных пар в электрическом интерфейсе) по одинаково­му числу в обоих направлениях. Предусмотрены варианты соединений из 1, 2, 4, 8, 12, 16 и 32 линий (обозначаются как xl, х2, х4, х8, х12, х16 и х32); передаваемые данные между ними распределяются побайтно.

Во время аппаратной инициализации в каждом со­единении согласуются число линий и скорость передачи; согласование выпол­няется на низком уровне без какого-либо программного участия. Согласован­ные параметры соединения действуют на все время последующей работы.

Обеспечение «горячего» подключения на физическом уровне интерфейса PCI Express не требует каких-либо дополнительных аппаратных затрат, поскольку двухточеч­ное соединение не затрагивает «лишних» участников. Безопасная коммутация сигналов не требуется, возможности подключаемого устройства никак не влия­ют на режимы работы остальных устройств.

Малое число сигнальных контактов интерфейса дает большую свободу в выбо­ре конструктивных реализаций интерфейсаPCI Express:

· соединение компонентов в пределах платы;

· разъемы (слоты) и карты расширения в конструктивах PC/AT и АТХ;

· внутренние и внешние карты расширения мобильных компьютеров;

· малогабаритные модули ввода-вывода для серверов и коммуникационной
аппаратуры;

· модули для промышленных компьютеров;

· разъемное подключение «дочерних» карт (mezannine interface);

· кабельные соединения блоков.

Для карт расширения в конструктивах PC/AT и АТХ предусматриваются раз­ные модификации разъема (слота) интерфейса PCI Express, различающиеся числом пар сигнальных линий (xl, х4, х8, х16) и, соответственно, размером. При этом в разъемы (слоты) большего размера можно устанавливать карты с разъемом того же размера (или меньшего — это называется Up-plugging). Однако противополож­ный вариант (Down-plugging) — установка большой карты в меньший слот — механически невозможен (в интерфейсе PCI/PCI-X возможна). Как было показано ранее, самый «слабый» вариант интерфейса PCI Express обеспечивает пропускную способность на уровне стандартной шины PCI.

Набор сигналов интерфейса PCI Expressневелик:

♦ PETpO, PETnO,..., PETpl5, PETnl5 — выходы передатчиков сигнальных пар 0...15;

♦ PERpO, PERnO,..., PERpl5, PERnl5 — входы приемников;

♦ REFCLK+ и REFCLK — сигналы опорной частоты;

♦ PERST# — сигнал сброса карты;

♦ WAKE# — сигнал «пробуждения» (от карты);

♦ PRSNT1#, PRSNT2# — сигналы обнаружения подключения-отключения карты
для системы «горячего» подключения. На карте эти цепи соединяются между
собой, причем для PRSNT2# выбирается контакт с самым большим номером.
Это позволяет точнее отслеживать моменты подключения-отключения (в слу­чае наклона карты). Для определения числа линий подключенной карты данные линии не используются — разрядность линий определяется автоматически при установлении соединения (в процедуре тренировки).

Дополнительно на разъеме (слоте) имеются необязательные сигналы интерфейса SMBus (SMB.CLK и SMB.DATA) и интерфейса JTAG (TCLK, TDI, TDO, TMS, TRST#).

На карты подается основное питание +3,3V, +12V и дополнительное +3,3Vaux.

С интерфейсом PCI Express удобно компонуются модули ввода-вывода как сетевых интерфейсов для серверов, так и коммуникационных устройств стоечного исполнения. Такие модули могут быть довольно компактными (высота 2U не вызывает проблем размещения разъема), при этом производительности интер­фейса достаточно даже для таких критичных модулей, как Fibre Channel, Giga­bit Ethernet (GbE), 10GbE.

Интерфейс PCI Express используется и в промышленных компьютерах, для чего имеются спецификации PICMG 3.4 (малогабаритные конструктивы для xl, х2 и х4), а также конструктивы в формате Compact PCI.

Интерфейс PCI Express существует и в кабельном исполнении для кабельных соединений блоков, находящихся на небольшом удалении друг от друга. Так, по интерфейсу PCI Express можно подключать док-станции к блокнотным ПК. Возмож­ность вывода интерфейса системного уровня за пределы корпуса компьютера из предшественников интерфейса PCI Express поддерживал только интерфейс ISA, и то лишь при низких скоростях обмена (на частотах до 5 МГц). Из новых последователь­ных интерфейсов системного уровня эта возможность имеется в интерфейс InfiniBand. Наличие кабельного варианта высокопроизводительного интерфейса системного уровня позволяет отойти от традиционной компоновки компьютера, при которой в системном блоке концентрируются все компоненты, требующие ин­тенсивного обмена с ядром компьютера.

Контрольные вопросы

1. Назовите типы интерфейсов

2. Что такое транзакция на интерфейсе?

3. Охарактеризуйте интерфейс без расщепления транзакций

4. Охарактеризуйте интерфейс с расщеплением транзакций

5. В чем состоят отличия между синхронным и асинхронным интерфейсом?

6. Назовите основные особенности интерфейса PCI Express

7. Как осуществляются транзакции на интерфейсе PCI Express?

8. Сколько адресных пространств на интерфейсе PCI Express?

9. Как организованы прерывания на интерфейсе PCI Express?

10. Функции уровня транзакций

11. Функции канального уровня

12. Пропускные способности интерфейса PCI Express

13. Физическая реализация интерфейса PCI Express

14. Масштабируемость интерфейса PCI Express

15. Топология интерфейса PCI Express

16. Как обеспечивается надежность передачи данных?

17. Особенности интерфейса PCI Express 2.0

18. Особенности интерфейса PCI Express 3.0