PCI-X

PCI-X總線在PCI總線的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其在軟件和硬件層面上都是兼容PCI總線的，但是卻顯著的提高了總線的性能。也就是說PCI-X的設(shè)備可以直接插到PCI的插槽中去，PCI的設(shè)備也可以直接插到PCI-X的插槽中去。

從硬件層面上來說，PCI-X繼承了PCI總線中的Reflected-Wave Signaling，但是在信號(hào)的輸入端加入了輸入寄存器以增強(qiáng)時(shí)序性能，提高了總線的時(shí)鐘頻率。在PCI-X2.0的Spec中還提出了DDR和QDR技術(shù)，進(jìn)一步提高了PCI-X總線的帶寬。

一個(gè)典型的PCI-X總線系統(tǒng)的例子如下圖所示：

下面是一個(gè)PCI-X 突發(fā)讀存儲(chǔ)操作（Burst Memory Read Bus Cycle）的例子：

在PCI總線中，以總線主機(jī)從從機(jī)設(shè)備讀操作為例，當(dāng)從機(jī)設(shè)備尚未準(zhǔn)備好結(jié)束這次操作（從機(jī)設(shè)備未就緒，且數(shù)據(jù)尚未發(fā)送完）時(shí)，可以通過鎖存數(shù)據(jù)并插入等待周期，或者發(fā)起Retry操作。PCI-X總線采用了一種叫做Split Transaction的方式來處理這種情況，如下圖所示。此時(shí)，發(fā)起讀操作的總線主機(jī)被稱為Requester，而接受并向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)的從機(jī)設(shè)備被稱為Completer。

注：PCIe Spec中繼承了PCI-X的這種命名方式。

采用這種方式的PCI-X總線的總線傳輸利用率（效率）可以達(dá)到85%，而標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線只有50%-60%。關(guān)于Split Transaction的詳細(xì)內(nèi)容，建議大家去參考PCI-X的Spec，這里不再詳細(xì)地介紹。此外，PCI-X總線還配置地址寄存器（Configuration Address Register）中加入了NS（No Snoop）和RO（Relaxed Ordering）兩位以提高總線傳輸效率。

前面的文章中介紹過，PCI總線的中斷操作是通過一系列的邊帶信號(hào)（Sideband Signals）來完成的，在PCI-X Spce中引入了消息信號(hào)中斷（MSI，Message Signaled Interrupts）的機(jī)制，以取代這些邊帶信號(hào)，進(jìn)而精簡(jiǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

注：關(guān)于MSI的詳細(xì)內(nèi)容，建議參考PCI-X Spec，此處不再詳細(xì)介紹。

在介紹PCI-X2.0中提出的源同步模型之前，首先先來簡(jiǎn)單地聊一聊非源同步模型的內(nèi)在問題。所謂非源同步，就是說，信號(hào)的發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘分別由一個(gè)或者兩個(gè)時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)，發(fā)送端和接受端的時(shí)鐘同頻率，但是卻很難保證其同相位（即存在時(shí)鐘的相位偏差，skew）。

如上圖所示，由于信號(hào)線眾多，在PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候，很難保證每一條信號(hào)線的長(zhǎng)度都完全相同（更不要說還有過孔等因素）。因此，即使信號(hào)在發(fā)送時(shí)完全沿對(duì)沿的（實(shí)際上也是不可能的，對(duì)于PCI總線來說），也很難保證信號(hào)在同一時(shí)間到達(dá)接收端，此時(shí)的信號(hào)必然不再是沿對(duì)沿的了。如果不同信號(hào)線之間的傳輸延時(shí)差異較大，就很容易導(dǎo)致信號(hào)在接收端的采樣錯(cuò)誤，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率。

為了解決這些問題，在PCI-X2.0的Spec中提出了源同步模型（實(shí)際上，在目前高速的FPGA邏輯設(shè)計(jì)和數(shù)字ASIC設(shè)計(jì)中采用的基本上都是源同步的模型）。如下圖所示，此時(shí)系統(tǒng)的時(shí)鐘由發(fā)送端（即Source Device）直接提供，并和數(shù)據(jù)信號(hào)一同傳輸至接收端，這就很好地解決非源同步模型中的時(shí)鐘相位差（Skew）的問題。此外，PCI-X2.0還在接收端輸入寄存器的基礎(chǔ)上支持了DDR輸入，甚至是QDR輸入，極大地提高了總線的帶寬。64-bit的133MHz PCI-X2.0 QDR總線的帶寬甚至達(dá)到了驚人的4262MB/s！基本上算是并行總線的巔峰了（DDR SDRAM不算是總線）。

然而，有意思的是，PCI-X2.0似乎生不逢時(shí)，雖然它顯著地提高了PCI總線的帶寬，但依舊無法掩蓋并行總線在高速總線數(shù)據(jù)傳輸中劣勢(shì)。PCI-X2.0總線雖然性能優(yōu)異，但是卻幾乎很少得到應(yīng)用，由于其高功耗高成本，且并行總線的引腳過多，需要極其復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)，導(dǎo)致PCI-X2.0只在極少數(shù)高端的市場(chǎng)中得到了應(yīng)用（如服務(wù)器市場(chǎng)等）。導(dǎo)致PCI-X2.0未能達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用的另一個(gè)因素就是PCI Express（PCIe）總線時(shí)代的到來，其標(biāo)志著高速串行總線取代傳統(tǒng)的并行總線的時(shí)代的開端。