学习PCIe-day3_20240816

PCIe协议

1.PCIe协议的概念

PCIe协议是一种高速串行计算机扩展总线标准，广泛用于连接计算机与高速外设设备，如图形卡、固态、网络适配器。PCIe采用顶对点的串行连接方式，具有高带宽、低延迟的特点、是现代计算机的常用接口。

1.1PCI（传统并行总线架构）

• 共享总线：在并行总线架构中，所有的设备都通过一个总线进行通信。多个设备共享同一条数据通道，那么就需要瓜分带宽，可能会导致冲突、高延迟。
• 并行数据传输：数据通过多个数据线可以同时进行传输。就像64位的总线一次可以传输64位的数据。
• 信号同步问题：并行传输中使用多条数据线同时传输，随着传输平吕不断增加，各条数据线的信号同步变得越来越难，就会导致传输速度难以提升问题。
• 并行传输工作原理：在传统的并行总线架构中，数据是通过多条数据线同时传输的。比如，一个32位的数据可以通过32条数据线并行传输，在一个时钟周期内将所有位传送到接收端。

信号同步的概念：在并行传输中，所有数据线上的信号需要严格同步，即所有数据位在同一个时钟周期内到达接收端。各条数据线的信号在传输过程中到达接收端的时间几乎完全一致。各条数据线的信号波形、幅度和相位必须保持一致。

1.2点对点串行连接

• 独立链路：每个PCIe设备都有一条专用通道连接到主机的根复杂（Root Complex）或者交换器（Switch）。所以就避免的带宽竞争。独立的链路不受其他影响。
• 串行传输：每个通道通过一堆差分信号（已给用于发送，另一个用于接收）进行数据通信。每次传输只发送一位数据，但是发送频率高使得其总体传输速度远超并行速度。并且消除的并行传输中的信号同步问题。
• 多通道扩展： 每个PCIe链路可以包含1、4、8、16或32个通道（成为x1、x4、x8等）每个通道都是独立的串行连接。但是这些通道又可以并行工作，这样就大幅度提升了带宽
• 高速串行通信协议：PCIe采用差分信号传输和嵌入时钟技术，确保在高速通信中数据的准确性和信号完整性。差分信号抗干扰能力强，即使在高频下也能保持信号稳定。

点对点架构的优势总结：

• 无冲突通信：由于每个设备都有独立的链路，避免了多个设备共享总线而产生的冲突问题。
• 可扩展性强：根复杂可以通过PCIe交换器（Switch）扩展更多设备，且链路的带宽可以根据设备的需求进行动态分配。
• 更高的传输效率：PCIe的点对点连接方式最大化利用了链路资源，数据传输更高效，无需等待其他设备释放总线。