Technologie: Sběrnice PCI Express

Technologie: Sběrnice PCI Express
, , článek
Dnešní článek ze sekce Technologie popisuje základní principy a mechanismy chování sběrnice PCI Express. Srovnává sběrnice PCI a PCI Express. Dále se zaměřuje na jednotlivé typy komponent tvořící sběrnici PCI Express a popis jednotlivých vrstev modelu sběrnice.
K oblíbeným
Kapitoly článku:
reklama
3.2.3 Vrstvy sběrnice PCI Express

V předcházející části jsme se seznámili se zařízeními, které tvoří základní bloky sběrnice. Jednotlivá zařízení jsou propojena tzv. Linkem, který zajišťuje přenos dat pomocí paketů mezi jednotlivými komponenty a tvoří část přenosové trasy. Dále je přenosová trasa připojena k vysílači a přijímači fyzické vrstvy. Na tuto vrstvu navazuje linková a transakční vrstva, ve kterých je formován paket a doplňován o potřebné informace. Tyto tři vrstvy tvoří základní komunikační model sběrnice PCI Express definované specifikaci 1.a.

Transakční vrstva je obvykle propojena ještě s vrstvou (core logic), která realizuje interface mezi hostitelským procesorem a sběrnicí PCI Express. Tato vrstva není specifikována standardem PCI Express a záleží na konkrétní implementaci použitého procesoru nebo systému.

3.2.4 Transakční vrstva

Nejvyšší vrstvou architektury je transakční vrstva. Tato vrstva je zodpovědná za zpracování (kompozici a dekompozici) paketů transakční vrstvy (Transaction Layer Packet - TLP) obr. 11. Tyto pakety nesou informaci o typu prováděné operace, jako je čtení, zápis, zpráva nebo operace s IO prostorem. Všechny pakety, které výžadují potvrzení jsou implementovány jako dvě transakce (request/completion) a jsou přijímány nebo posílaný do vrstvy core logic. Každý vysílaný paket má svoje identifikační číslo, aby cílové zařízení mohlo poslat completion transakci zdroji. Dále vrstva zajišťuje nastavování atributů, posílaní zpráv, které v podstatě realizují virtruální vodiče přerušení, řízení napájení, jak jsme je znali z jiných typů sběrnic.


Obrázek 11: Paket transakční vrstvy

Jak je vidět z obr. 11, paket transakční vrstvy se skládá z hlavičky (TLP Header - obr. 12), vlastních dat, pokud jsou požadována pro příslušný typ operace a nepovinným kontrolním součtem ECRC .

Hlavička se skládá z řídících informací o typu přenosu. Délka hlavičky může být v rozsahu 3-4 doublewordy podle Fmt (DW = 4 byty) viz. tab. 3. Význam jednotlivých atributů hlavičky je popsán v následujícím textu.

- Fmt udává formát paketu TLP a zda paket obsahuje data:

Fmt[1:0]
Formát TLP
00b
3 DW, bez dat
01b
4 DW, bez dat
10b
3 DW a data
11b
4 DW a data
Tabulka 3: Formát hlavičky paketu TLP

- Type udává typ paketu TLP, respektive typ operace, co se bude provádět. Je vázán také na Fmt. Příslušné kombinace Fmt a typu operace jsou uvedeny v tab. 4.

- TC udává Traffic Class

- TD povoluje připojení ECRC (TLP Digest) ke konci paketu

- EP nese informaci o chybě vzniklé v datech, například při chybě parity při čtení ze sběrnice PCI. Tato chyba nemusí být nutně kritická. Jedná se o informaci pro nadřazený sytém, který se s chybou vypořádá. Tato chyba se nesmí vyskytnou v žádné jiné části než datové! Proto se tomuto mechanizmu také říká data poisoning.

- Attr atributy udávající informace pro přenos dat a koherenci cache

- Lenght jde o délku přenášených dat v DW uvnitř paketu. Tedy maximální délka může být 2**10 DW = 4096 bytů


Obrázek 12: Formát hlavičky paketu sběrnice PCI Express

Ikona Odkaz na databázi
Typ TLP
Ikona Odkaz na databázi
Fmt
Ikona Odkaz na databázi
Type
Ikona Odkaz na databázi
Popis
Ikona Odkaz na databázi
MRd
Ikona Odkaz na databázi
00/01
Ikona Odkaz na databázi
0 0000
Ikona Odkaz na databázi
Žádost o čtení z paměti
Ikona Odkaz na databázi
MRdLk
Ikona Odkaz na databázi
00/01
Ikona Odkaz na databázi
0 0001
Ikona Odkaz na databázi
Žádost o čtení z paměti s požadavkem na Lock
Ikona Odkaz na databázi
MWr
Ikona Odkaz na databázi
10/11
Ikona Odkaz na databázi
0 0000
Ikona Odkaz na databázi
Žádost o zápis do paměti
Ikona Odkaz na databázi
IORd
Ikona Odkaz na databázi
00
Ikona Odkaz na databázi
0 0010
Ikona Odkaz na databázi
Žádost o I/O čtení
Ikona Odkaz na databázi
IOWd
Ikona Odkaz na databázi
10
Ikona Odkaz na databázi
0 0010
Ikona Odkaz na databázi
Žádost o I/O zápis
Ikona Odkaz na databázi
CfgRd0
Ikona Odkaz na databázi
00
Ikona Odkaz na databázi
0 0100
Ikona Odkaz na databázi
Konfigurační čtení typu 0
Ikona Odkaz na databázi
CfgWr0
Ikona Odkaz na databázi
10
Ikona Odkaz na databázi
0 0100
Ikona Odkaz na databázi
Konfigurační zápis typu 0
Ikona Odkaz na databázi
CfgRd1
Ikona Odkaz na databázi
00
Ikona Odkaz na databázi
0 0101
Ikona Odkaz na databázi
Konfigurační čtení typu 1
Ikona Odkaz na databázi
CfgWr1
Ikona Odkaz na databázi
10
Ikona Odkaz na databázi
0 0101
Ikona Odkaz na databázi
Konfigurační zápis typu 1
Ikona Odkaz na databázi
Msg
Ikona Odkaz na databázi
01
Ikona Odkaz na databázi
1 0rrr
Ikona Odkaz na databázi
Žádost o zprávu - rrr viz tab. 5
Ikona Odkaz na databázi
MsgD
Ikona Odkaz na databázi
11
Ikona Odkaz na databázi
1 0rrr
Ikona Odkaz na databázi
Žádost o zprávu - rrr viz tab. 5
Ikona Odkaz na databázi
Cpl
Ikona Odkaz na databázi
00
Ikona Odkaz na databázi
0 1010
Ikona Odkaz na databázi
Dokončení transakce bez dat
Ikona Odkaz na databázi
CplD
Ikona Odkaz na databázi
10
Ikona Odkaz na databázi
0 1010
Ikona Odkaz na databázi
Dokončení transakce s daty
Ikona Odkaz na databázi
CplLk
Ikona Odkaz na databázi
00
Ikona Odkaz na databázi
0 1011
Ikona Odkaz na databázi
Dokončení transakce bez dat s Lockem
Ikona Odkaz na databázi
CplDLk
Ikona Odkaz na databázi
10
Ikona Odkaz na databázi
0 1011
Ikona Odkaz na databázi
Dokončení transakce s daty a s Lockem
Tabulka 4: Jednotlivé atributy hlavičky paketu TLP

Ikona Odkaz na databázi
r[2:0]
Ikona Odkaz na databázi
Popis
Ikona Odkaz na databázi
000
Ikona Odkaz na databázi
Zpráva je směřována na root complex
Ikona Odkaz na databázi
001
Ikona Odkaz na databázi
Směrováno podle adresy
Ikona Odkaz na databázi
010
Ikona Odkaz na databázi
Směrováno podle ID
Ikona Odkaz na databázi
011
Ikona Odkaz na databázi
Vysíláno root complexem
Ikona Odkaz na databázi
100
Ikona Odkaz na databázi
Lokální - ignorováno v příjímači
Ikona Odkaz na databázi
101
Ikona Odkaz na databázi
Zpráva je odeslána do RC switchem až po přijmu zprávy od všech zařízení
Ikona Odkaz na databázi
110 a 111
Ikona Odkaz na databázi
Nepoužívají se a jsou ignorovány
Tabulka 5: Typy směrováni zprav

3.2.5 Linková vrstva

Linková vrstva je vložená mezi transakční a fyzickou vrstvu. Jejím úkolem je zajišťování integrity dat - detekce a oprava chyb. Data přijatá z transakční vrstvy jsou opatřena kontrolním kódem, identifikačním číslem a poslána do fyzické vrstvy viz. obr. 13. Naopak data přijatá z fyzické vrstvy jsou otestována, zda neobsahují nějakou chybu a jsou poslána do transakční vrstvy. V případě výskytu chyby, vrstva zajišťuje opakovaný požadavek na data, dokud nejsou požadovaná data přitomná, nebo dokud není linka prohlášena za nefunkční.


Obrázek 13: Paket linkové vrstvy

3.2.6 Fyzická vrstva

Fyzická vrstva zajišťuje veškeré obvody nutné pro připojení k linku. Jsou to fázové závěsy, buffery, sério-paralelní a paralelně sériové převodníky, impedanční přizpůsobení a v neposlední řadě i logiku pro inicializaci a udržování spojení na linku (vyjednání přenosové rychlosti, formátu přenosu dat). Tato vrstva je zodpovědná za komunikaci mezi linkem a linkovou vrstvou. Paket přijatý z linkové vrstvy LLTP je doplněn o kódy začátku konce paketu podobně, jako je tomu u síťových paketů (Ethernet). Dále je paket zakódován kódem 8 na 10. Tím jsou do paketu doplněny další informace zajišťující synchronizaci. Potom je paket převeden na sériový kód a odvysílán do příslušného Lanu. Přijímací část fyzické vrstvy postupuje opačným způsobem. Dekóduje přijatý paket na řídící kódy, data a rekonstruuje hodiny. Pokud je rámec paketu v pořádku a odpovídá kontrolní součet, je odeslán do linkové vrstvy, dále je také odesláno potvrzení o přijetí dat zdroji transakce, který vyprázdní retry buffer. Pokud přijdou data s chybou, odesílá se do zdrojového portu požadavek na opakování transakce.

Je nutno podotknout, že pokud dojde v budoucnu ke změně formátu kódování (64bitů na 66bitů) nebo rychlosti, je třeba změnit pouze fyzickou vrstvu a není nutné měnit žádnou jinou vrstvu modelu PCI Express.

3.2.7 Virtuální kanály - VC a Traffic Class - TC

Každý PCI Express port může byt rozdělen až do 8mi virtuálních kanálů, identifikovaných číslem kanálu. Jak napovídá název, virtuální kanál není fyzickým kanálem, ale mapuje se na fyzické kanály v časovém multiplexu a podle pravidel určovaných arbitrážní logikou kanálů. Traffic class zajišťuje relativní prioritu mezi jednotlivými přenosy. Pomocí mapovaní TC na VC je možné zajistit deterministický a izochronní transfer dat tzv. Quality of Service.

Využití virtuálních kanálů a traffic classes umožňuje využít přenosovou trasu z hlediska přenosu velkých objemů dat (paketů). Horší situace nastane při vzniku požadavku na přenos série menších paketů. V takovémto případě je přenosová rychlost ovlivněna délkou paketu, kdy je k aktivním datům připojena řídící informace a to 5 DW hlavičky + 2 DW DLLP (Data Link Layer Packet). Dále požadavek na čtení je ovlivněn latencí (doba od poslání požadavku na čtení až po příjem dat). U zápisu není latence obvykle kritická, protože se tvoří přirozený pipe-line při průchodu dat směrem od zdroje k cíli. Posledním faktorem, který ovlivňuje rychlost čtení, je nastavení maximální délky požadavku na čtení v registru RCB. Nastavení se může pohybovat v rozsahu 128, 256, 512, 1024, 2048 a 4096 bytů. Přehled využití linky nám ukáže tab. 6.

Ikona Odkaz na databázi
Délka datové části paketu
Ikona Odkaz na databázi
Využití sběrnice PCI Express v[ %]
Ikona Odkaz na databázi
byty
Ikona Odkaz na databázi
Zápis
Ikona Odkaz na databázi
Čtení RCB (256B)
Ikona Odkaz na databázi
Čtení RCB(128B)
Ikona Odkaz na databázi
4
Ikona Odkaz na databázi
16
Ikona Odkaz na databázi
12
Ikona Odkaz na databázi
12
Ikona Odkaz na databázi
8
Ikona Odkaz na databázi
28
Ikona Odkaz na databázi
22
Ikona Odkaz na databázi
22
Ikona Odkaz na databázi
32
Ikona Odkaz na databázi
62
Ikona Odkaz na databázi
53
Ikona Odkaz na databázi
53
Ikona Odkaz na databázi
64
Ikona Odkaz na databázi
76
Ikona Odkaz na databázi
69
Ikona Odkaz na databázi
69
Ikona Odkaz na databázi
128
Ikona Odkaz na databázi
86
Ikona Odkaz na databázi
82
Ikona Odkaz na databázi
72
Ikona Odkaz na databázi
256
Ikona Odkaz na databázi
92
Ikona Odkaz na databázi
90
Ikona Odkaz na databázi
74
Ikona Odkaz na databázi
512
Ikona Odkaz na databázi
96
Ikona Odkaz na databázi
94
Ikona Odkaz na databázi
75
Ikona Odkaz na databázi
1024
Ikona Odkaz na databázi
98
Ikona Odkaz na databázi
97
Ikona Odkaz na databázi
75
Ikona Odkaz na databázi
2048
Ikona Odkaz na databázi
99
Ikona Odkaz na databázi
98
Ikona Odkaz na databázi
75
Ikona Odkaz na databázi
4096
Ikona Odkaz na databázi
99
Ikona Odkaz na databázi
98
Ikona Odkaz na databázi
76
Tabulka 6: Využití sběrnice PCI Express pro různe délky přenosu a nastavení RCB

3.3 Signály sběrnice PCI Express a mechanické uspořádání

Jak již bylo zmíněno v předešlých kapitolách, tak sběrnice PCI Express pracuje na jiných principech něž dosud používané sběrnice v počítačích PC. Základem je Line sestavený ze dvou diferenciálních párů a to příjímacího a vysílacího. Vlastní sběrnice je doplněna o další pomocné a napájecí signály. Přehled signálů pro konektor typu x1 a jejich popis je uveden v tab. 7.

Ikona Odkaz na databázi
Číslo pinu
Ikona Odkaz na databázi
Stran A
Ikona Odkaz na databázi
Stran B
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
Název
Ikona Odkaz na databázi
Popis
Ikona Odkaz na databázi
Název
Ikona Odkaz na databázi
Popis
Ikona Odkaz na databázi
1
Ikona Odkaz na databázi
+12V
Ikona Odkaz na databázi
Napájení +12V
Ikona Odkaz na databázi
PRSNT1#
Ikona Odkaz na databázi
Detekce přítomnosti karty Hot-Plug
Ikona Odkaz na databázi
2
Ikona Odkaz na databázi
+12V
Ikona Odkaz na databázi
Napájení +12V
Ikona Odkaz na databázi
+12V
Ikona Odkaz na databázi
Napájení +12V
Ikona Odkaz na databázi
3
Ikona Odkaz na databázi
RSVD
Ikona Odkaz na databázi
Vyhrazeno pro budoucí použití
Ikona Odkaz na databázi
+12V
Ikona Odkaz na databázi
Napájení +12V
Ikona Odkaz na databázi
4
Ikona Odkaz na databázi
GND
Ikona Odkaz na databázi
Zem
Ikona Odkaz na databázi
GND
Ikona Odkaz na databázi
Zem
Ikona Odkaz na databázi
5
Ikona Odkaz na databázi
SMCLK
Ikona Odkaz na databázi
System Managenet Bus Clock
Ikona Odkaz na databázi
JTAG2
Ikona Odkaz na databázi
TCK, hodinový signál pro JTAG
Ikona Odkaz na databázi
6
Ikona Odkaz na databázi
SMDAT
Ikona Odkaz na databázi
System Management Bus Data
Ikona Odkaz na databázi
JTAG3
Ikona Odkaz na databázi
TDI, vstupní data pro JTAG
Ikona Odkaz na databázi
7
Ikona Odkaz na databázi
GND
Ikona Odkaz na databázi
Zem
Ikona Odkaz na databázi
JTAG4
Ikona Odkaz na databázi
TDO, výstupní data od JTAGu
Ikona Odkaz na databázi
8
Ikona Odkaz na databázi
+3,3V
Ikona Odkaz na databázi
Napájení +3,3V
Ikona Odkaz na databázi
JTAG5
Ikona Odkaz na databázi
TMS, výběr modu pro JTAG
Ikona Odkaz na databázi
9
Ikona Odkaz na databázi
JTAG1
Ikona Odkaz na databázi
TRST, reset JTAGu
Ikona Odkaz na databázi
+3,3V
Ikona Odkaz na databázi
Napájení +3,3V
Ikona Odkaz na databázi
10
Ikona Odkaz na databázi
3,3Vaux
Ikona Odkaz na databázi
Pomocné napájení 3,3V - pro wake-up
Ikona Odkaz na databázi
+3,3V
Ikona Odkaz na databázi
Napájení +3,3V
Ikona Odkaz na databázi
11
Ikona Odkaz na databázi
WAKE#
Ikona Odkaz na databázi
Signál pro reaktivaci zařízení z PWD
Ikona Odkaz na databázi
PERST#
Ikona Odkaz na databázi
Reset
Ikona Odkaz na databázi
12
Ikona Odkaz na databázi
RSVD
Ikona Odkaz na databázi
Vyhrazeno pro budoucí použití
Ikona Odkaz na databázi
GND
Ikona Odkaz na databázi
Zem
Ikona Odkaz na databázi
13
Ikona Odkaz na databázi
GND
Ikona Odkaz na databázi
Zem
Ikona Odkaz na databázi
REFCLK-
Ikona Odkaz na databázi
Referenční hodinový signál, negativní
Ikona Odkaz na databázi
14
Ikona Odkaz na databázi
PETp0
Ikona Odkaz na databázi
Vysílač - Lane 0 pozitivní
Ikona Odkaz na databázi
REFCLK+
Ikona Odkaz na databázi
Referenční hodinový signál, pozitivní
Ikona Odkaz na databázi
15
Ikona Odkaz na databázi
PETn0
Ikona Odkaz na databázi
Vysílač - Lane 0 negativní
Ikona Odkaz na databázi
GND
Ikona Odkaz na databázi
Zem
Ikona Odkaz na databázi
16
Ikona Odkaz na databázi
GND
Ikona Odkaz na databázi
Zem
Ikona Odkaz na databázi
PERp0
Ikona Odkaz na databázi
Přijímač - Lane 0 pozitivní
Ikona Odkaz na databázi
17
Ikona Odkaz na databázi
PRSNT2#
Ikona Odkaz na databázi
Detekce přítomnosti karty Hot-Plug
Ikona Odkaz na databázi
PERn0
Ikona Odkaz na databázi
Přijímač - Lane 0 negativní
Ikona Odkaz na databázi
18
Ikona Odkaz na databázi
GND
Ikona Odkaz na databázi
Zem
Ikona Odkaz na databázi
GND
Ikona Odkaz na databázi
Zem
Tabulka 7: Popis konektoru PCI Express

Konektor pro verze x2, x4, x8 a x16 je rozšířen o další nože konektoru - obvykle o čtyři pozice, které obsahují GND a přijímací a vysílací pár. Je nutno podotknout, že implementace některých signálů není nutná a je pouze doporučena. Detailní popis signálů bude rozebrán v následujícím odstavci, nebo v literatuře [3].

- REFCLK (nutno implementovat)

Referenční hodiny - obdoba signálu CLK jak ho známe ze sběrnice PCI. Vlastní hodinový rozvod se skládá z diferenciálních vodičů REFCLK+ a REFCLK- s rozsahem napěťových úrovní 0 - 0,7V. Pracovní kmitočet je stanoven na 100MHz ±300ppm. Zásuvná karta nemusí využívat referenční hodiny z konektoru, ale musí udržovat datový tok v rozsahu 600ppm. Referenční hodiny mohou využívat hodiny s rozprostřeným spektrem.

- PERST (nutno implementovat)

Signál inicializující kartu po zapnutí napájení, nebo může sloužit jako tzv. warm reset.

- WAKE# (nepovinné)

Signál pro reaktivaci zařízení z power down modu, otevřený kolektor. Tato funkce vyžaduje přítomnost napájecího napětí 3,3Vaux. Po detekci signálu WAKE# musí sytém zapojit hlavní napájení slotu a obnovit referenční hodiny.

- SMBus System Management Bus (nepovinné)

Sběrnice určená ke komunikaci mezi zařízeními, může zajišťovat doplňkovou zprávu power managementu, identifikovat verze firmwaru a hardwaru. Sběrnice se skládá ze dvou signálů SMCLK a SMDAT a odpovídá standardu I2C.

Ikona Odkaz na databázi
Napájecí napětí
Ikona Odkaz na databázi
1x
Ikona Odkaz na databázi
4x/8x
Ikona Odkaz na databázi
16x
Ikona Odkaz na databázi
+3,3V
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
Tolerance napětí
Ikona Odkaz na databázi
9%
Ikona Odkaz na databázi
9%
Ikona Odkaz na databázi
9%
Ikona Odkaz na databázi
Proud
Ikona Odkaz na databázi
3.0A (max)
Ikona Odkaz na databázi
3.0A (max)
Ikona Odkaz na databázi
3.0A (max)
Ikona Odkaz na databázi
Zatížení (kapacita)
Ikona Odkaz na databázi
1000uF
Ikona Odkaz na databázi
1000uF
Ikona Odkaz na databázi
1000uF
Ikona Odkaz na databázi
+12V
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
Tolerance napětí
Ikona Odkaz na databázi
8%
Ikona Odkaz na databázi
8%
Ikona Odkaz na databázi
8%
Ikona Odkaz na databázi
Proud
Ikona Odkaz na databázi
0,5A(max)
Ikona Odkaz na databázi
2,1A (max)
Ikona Odkaz na databázi
4,4A (max)
Ikona Odkaz na databázi
Zatížení (kapacita)
Ikona Odkaz na databázi
300uF
Ikona Odkaz na databázi
1000uF
Ikona Odkaz na databázi
2000uF
Ikona Odkaz na databázi
+3,3Vaux
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
Tolerance napětí
Ikona Odkaz na databázi
9%
Ikona Odkaz na databázi
9%
Ikona Odkaz na databázi
9%
Ikona Odkaz na databázi
Proud
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
 
Ikona Odkaz na databázi
Povoleny waku-up
Ikona Odkaz na databázi
375mA (max)
Ikona Odkaz na databázi
375mA (max)
Ikona Odkaz na databázi
375mA (max)
Ikona Odkaz na databázi
Nepovoleny wake-up
Ikona Odkaz na databázi
20mA (max)
Ikona Odkaz na databázi
20mA (max)
Ikona Odkaz na databázi
20mA (max)
Ikona Odkaz na databázi
Zatížení (kapacita)
Ikona Odkaz na databázi
150uF
Ikona Odkaz na databázi
150uF
Ikona Odkaz na databázi
150uF
Tabulka 8: Maximálni proudové zatížení konektoru sběrnice PCI Express

3.3.1 Mechanické uspořádání

Mechanické uspořádání ukazuje obr. 14. Jak je vidět PCI Express konektor s šířkou X16 se využíje pro grafickou kartu a nahradí stávající AGP konektor. Další konektory budou pro běžné PC X1 a pro servery X4 nebo X8. Po dobu několika let se bude ještě udržovat standard PCI, který bude postupně nahrazen sběrnicí PCI Express (obdobný přechod se odehrával u sběrnice ISA, která byla postupně vytlačena PCI konektory).



Obrázek 14: Mechanické uspopřádání konektorů na základní desce PC v roce 2004

Rozměry přídavných karet by měly splňovat některá omezení, co se týče maximálních rozměrů dle tab. 9. Karty připojované pomocí kabelů mohou mít jiné rozměry a uspořádání.

Ikona Odkaz na databázi
Šířka linku
Ikona Odkaz na databázi
Typ karty
Ikona Odkaz na databázi
Výška karty
Ikona Odkaz na databázi
Šířka karty
Ikona Odkaz na databázi
x1
Ikona Odkaz na databázi
Standardní karty poloviční délky
Ikona Odkaz na databázi
111.15 mm (max)
Ikona Odkaz na databázi
167,65 mm (max)
Ikona Odkaz na databázi
x1,x4,x8,x16
Ikona Odkaz na databázi
Standardní karty plné délky
Ikona Odkaz na databázi
111.15 mm (max)
Ikona Odkaz na databázi
312 mm (max)
Ikona Odkaz na databázi
x1,x4,x8,x16
Ikona Odkaz na databázi
Karty s nízkým profilem
Ikona Odkaz na databázi
68,9 mm (max)
Ikona Odkaz na databázi
167,65 mm (max)
Tabulka 9: Rozměry přídavných karet sběrnice PCI Express

4 Souhrn

Využití sběrnice PCI Express přináší zvýšení propustnosti dat v oblasti počítačů PC, zmenšení rozměrů karet, zjednodušení návrhu plošných spojů a sjednocení různých platforem, jako jsou síťové karty, grafické karty a komponenty přenosných počítačů. Dále specifikace umožňuje připojovat zařízení pomocí kabelů, což vede k vysoké univerzálnosti standardu (nepředpokládá se nahrazení rozhraní SerialATA).

Jako příklad porovnávající výkonnost sběrnice PCI a PCI Express uveďme síťovou kartu pracující na 1Gbitu/s, kdy máme k dispozici standardní počítač, který má sběrnici PCI v šířce 32 bitů pracující na frekvenci 33MHz. Tedy maximální datový tok, který může vzniknout, je 100Mbytu pro příjem a stejný objem pro vysílaní, což není standardní sběrnice PCI schopna přenést (max. propustnost je 133Mbytu/s v jednom směru) a potřebuje 124 nožů konektoru. Sběrnice PCI Express x1 potřebuje 36 nožů konektoru a maximální propustnost je 2,5Gbitů/s v obou směrech (při použití kódování 8/10 asi 250Mbytů surových dat za sekundu). Navíc propojení je typů peer-to-peer, takže datový tok není omezován žádným dalším zařízením na sběrnice. K saturaci může docházet až ve switchi nebo root complexu při přístupu do paměti. Připojení 4 takových síťových karet do systému je bez problému možné, co se týče sběrnice a propustnosti dat mezi pamětí a root complexem. Jako další příklad uveďme grafickou kartu pracující na sběrnici AGP. V současné době je maximální propustnost sběrnice AGP 2Gbyty/s jedním směrem. Při použití sběrnice PCI Express x16 bude propustnost směrem do karty dvojnásobná (viz. tab. 10) a směrem z karty bude možné využít další 4Gbyty/s. Tedy celková propustnost dat mezi grafickou kartou a hlavní pamětí činí 8Gbytů/s. Při využití plné šířky kanálu nebude v současnosti vznikat úzké hrdlo na sběrnici, ale spíš v paměťových modulech.

Zvýšení pracovní frekvence sběrnice ze současných 2,5Gbitu/s na 5Gbitů/s (3,125Gbitů/s) a později na 10Gbitů/s povede k lineárnímu nárůstu výkonu s frekvencí. Nasazení sběrnice s vyšší frekvencí zatím brání relativně vysoká cena nových technologií pracujících na frekvencích do 10Gbitů/s, nedostatečná propustnost dat mezi hlavní pamětí a sběrnicí a v neposlední řadě je nutné ověřit, funkčnost a vlastnosti masového nasazení technologie PCI Express.

Ikona Odkaz na databázi
Počet lanu v linku
Ikona Odkaz na databázi
x1
Ikona Odkaz na databázi
x2
Ikona Odkaz na databázi
x4
Ikona Odkaz na databázi
x8
Ikona Odkaz na databázi
x12
Ikona Odkaz na databázi
x16
Ikona Odkaz na databázi
x32
Ikona Odkaz na databázi
Počet vodičů pro jeden směr
Ikona Odkaz na databázi
2
Ikona Odkaz na databázi
4
Ikona Odkaz na databázi
8
Ikona Odkaz na databázi
16
Ikona Odkaz na databázi
24
Ikona Odkaz na databázi
32
Ikona Odkaz na databázi
64
Ikona Odkaz na databázi
Přenosová rychlost v Gbitech/s
Ikona Odkaz na databázi
2,5
Ikona Odkaz na databázi
5
Ikona Odkaz na databázi
10
Ikona Odkaz na databázi
20
Ikona Odkaz na databázi
30
Ikona Odkaz na databázi
40
Ikona Odkaz na databázi
80
Ikona Odkaz na databázi
Přenosová rychlost v Mbytech/s
Ikona Odkaz na databázi
250
Ikona Odkaz na databázi
500
Ikona Odkaz na databázi
1000
Ikona Odkaz na databázi
2000
Ikona Odkaz na databázi
3000
Ikona Odkaz na databázi
4000
Ikona Odkaz na databázi
8000
Tabulka 10: Přehled přenosových rychlostí sběrnice PCI Express v závislosti na počtu lanu v linku

Odvrácenou stránkou technologie PCI Express je relativní složitost vlastního protokolu, znemožňující jednoduchý, levný a rychlý návrh řadiče do hradlového pole. Navíc v současné době (rok 2004) neexistují běžně dostupné komponenty převádějící protokol PCI Express na uživatelsky "přívětivou" sběrnici, jak tomu bývalo dřív u výrobců PCI matchmakeru, které převáděly protokol PCI do paměťově mapovaných prostorů doplněných o sadu uživatelských registrů, mailboxu, doorbellu a DMA kanálů. Toto zatím znemožňuje návrh zařízení s touto technologií pro malosériovou výrobu v počtu stovek kusů.

Jako nejschůdnější řešení se jeví využití hradlových polí se sériovým interfacem schopným zpracovávat datový tok fyzické vrstvy kompatibilní s formátem PCI Express a implementovat zbývající vrstvy včetně logic core. Vhodná hradlová pole pro tento účel jsou Virtex II Pro, nebo Virtex II Pro X od firmy Xilinx a Stratix GX od firmy Altera.

Literatura

[1] PCI Special Interest Group. PCI Local Bus Specification, rev 2.3, March 29, 2002. Dostupné na www.pcisig.com

[2] PCI Special Interest Group. PCI-X Protocol Addendum to the PCI Local Bus Specification Revision 2.0a. July 22, 2003. Dostupné na www.pcisig.com

[3] PCI Special Interest Group. PCI Express Base Specification Revision 1.0a. April 15, 2003. Dostupné na www.pcisig.com

[4] Edward Solari, Brad Congdom: The Complete PCI Express Reference Design Insights for Hardware and Software Developers. Intel Press 2003, ISBN 0-9717861-9-4



    Poznámky
    1. Jedná se o minimální počet pinů, nejsou zde zahrnuty přerušení, pomocné signály a napájecí piny
    2. Jde pouze o teoretické přenosové rychlosti, do kterých není započítaná žádná režie sběrnice
    3. MSI Message Signaled Interrupt
    4. MSI Message Signaled Interrupt



    Autoři článku děkují za laskavou podporu projektu LN00B096, MSM262200012.
    reklama
    Nejnovější články
    Největší počítačový čip světa vyrobilo TSMC pro Cerebras Systems Největší počítačový čip světa vyrobilo TSMC pro Cerebras Systems
    Kalifornský startup Cerebras Systems využil služby společnosti TSMC, aby si u ní nechal vyrobit světově největší logický čip postavený na moderních technologiích. Využije k tomu větší část waferu a skládá se z 1,2 bilionu tranzistorů. 
    Dnes, aktualita, Jan Vítek2 komentáře
    Autonomní koloběžky KickScooter T60 se samy zajedou nabít Autonomní koloběžky KickScooter T60 se samy zajedou nabít
    Sdílené koloběžky nejsou už ani na našich ulicích ničím novým. Provozovatelé ale musí pořád řešit jejich správu, tedy je přemisťovat a nabíjet. Nový Segway-Ninebot KickScooter T60 tohle ale bude umět udělat sám. Bude totiž autonomní.
    Dnes, aktualita, Milan Šurkala
    Herní monitor HP Omen X 27: TN s kvalitou IPS Herní monitor HP Omen X 27: TN s kvalitou IPS
    HP představilo nový herní monitor Omen X 27. Jde o velmi rychlý 240Hz HDR monitor, který využívá displej s technologií TN. Přesto ale zákazníkům slibuje, že nabídne kvalitu obrazu typickou spíše pro IPS displeje.
    Dnes, aktualita, Milan Šurkala
    Alienware oprašuje herní Auroru R9 a přináší další hardware Alienware oprašuje herní Auroru R9 a přináší další hardware
    V Dellu a Alienware se rozhodli řádně oprášit svou herní nabídku, díky čemuž se můžeme podívat nejen na nové monitory, ale také na nové desktopy, klávesnice či myši. Hlásí se tak i Aurora R9 nebo levnější Dell G5. 
    Dnes, aktualita, Jan Vítek
    Microsoft přináší betaverzi Edge na Chromiu Microsoft přináší betaverzi Edge na Chromiu
    Microsoft nám začal nabízet pro vyzkoušení první dostupnou betaverzi svého prohlížeče Edge, který je nově založen na Chromiu. Činí tak asi čtyři měsíce poté, co začal nabízet rané Canary a Developer verze.
    Dnes, aktualita, Jan Vítek