Seznam kapitol
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.
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 - TC udává Traffic Class
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.
- 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
i
Svět hardware
Typ TLP |
i
Svět hardware
Fmt |
i
Svět hardware
Type |
i
Svět hardware
Popis |
i
Svět hardware
MRd |
i
Svět hardware
00/01 |
i
Svět hardware
0 0000 |
i
Svět hardware
Žádost o čtení z paměti |
i
Svět hardware
MRdLk |
i
Svět hardware
00/01 |
i
Svět hardware
0 0001 |
i
Svět hardware
Žádost o čtení z paměti s požadavkem na Lock |
i
Svět hardware
MWr |
i
Svět hardware
10/11 |
i
Svět hardware
0 0000 |
i
Svět hardware
Žádost o zápis do paměti |
i
Svět hardware
IORd |
i
Svět hardware
00 |
i
Svět hardware
0 0010 |
i
Svět hardware
Žádost o I/O čtení |
i
Svět hardware
IOWd |
i
Svět hardware
10 |
i
Svět hardware
0 0010 |
i
Svět hardware
Žádost o I/O zápis |
i
Svět hardware
CfgRd0 |
i
Svět hardware
00 |
i
Svět hardware
0 0100 |
i
Svět hardware
Konfigurační čtení typu 0 |
i
Svět hardware
CfgWr0 |
i
Svět hardware
10 |
i
Svět hardware
0 0100 |
i
Svět hardware
Konfigurační zápis typu 0 |
i
Svět hardware
CfgRd1 |
i
Svět hardware
00 |
i
Svět hardware
0 0101 |
i
Svět hardware
Konfigurační čtení typu 1 |
i
Svět hardware
CfgWr1 |
i
Svět hardware
10 |
i
Svět hardware
0 0101 |
i
Svět hardware
Konfigurační zápis typu 1 |
i
Svět hardware
Msg |
i
Svět hardware
01 |
i
Svět hardware
1 0rrr |
i
Svět hardware
Žádost o zprávu - rrr viz tab. 5 |
i
Svět hardware
MsgD |
i
Svět hardware
11 |
i
Svět hardware
1 0rrr |
i
Svět hardware
Žádost o zprávu - rrr viz tab. 5 |
i
Svět hardware
Cpl |
i
Svět hardware
00 |
i
Svět hardware
0 1010 |
i
Svět hardware
Dokončení transakce bez dat |
i
Svět hardware
CplD |
i
Svět hardware
10 |
i
Svět hardware
0 1010 |
i
Svět hardware
Dokončení transakce s daty |
i
Svět hardware
CplLk |
i
Svět hardware
00 |
i
Svět hardware
0 1011 |
i
Svět hardware
Dokončení transakce bez dat s Lockem |
i
Svět hardware
CplDLk |
i
Svět hardware
10 |
i
Svět hardware
0 1011 |
i
Svět hardware
Dokončení transakce s daty a s Lockem |
Tabulka 4: Jednotlivé atributy hlavičky paketu TLP
i
Svět hardware
r[2:0] |
i
Svět hardware
Popis |
i
Svět hardware
000 |
i
Svět hardware
Zpráva je směřována na root complex |
i
Svět hardware
001 |
i
Svět hardware
Směrováno podle adresy |
i
Svět hardware
010 |
i
Svět hardware
Směrováno podle ID |
i
Svět hardware
011 |
i
Svět hardware
Vysíláno root complexem |
i
Svět hardware
100 |
i
Svět hardware
Lokální - ignorováno v příjímači |
i
Svět hardware
101 |
i
Svět hardware
Zpráva je odeslána do RC switchem až po přijmu zprávy od všech zařízení |
i
Svět hardware
110 a 111 |
i
Svět hardware
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.
i
Svět hardware
Délka datové části paketu |
i
Svět hardware
Využití sběrnice PCI Express v[ %] | ||
i
Svět hardware
byty |
i
Svět hardware
Zápis |
i
Svět hardware
Čtení RCB (256B) |
i
Svět hardware
Čtení RCB(128B) |
i
Svět hardware
4 |
i
Svět hardware
16 |
i
Svět hardware
12 |
i
Svět hardware
12 |
i
Svět hardware
8 |
i
Svět hardware
28 |
i
Svět hardware
22 |
i
Svět hardware
22 |
i
Svět hardware
32 |
i
Svět hardware
62 |
i
Svět hardware
53 |
i
Svět hardware
53 |
i
Svět hardware
64 |
i
Svět hardware
76 |
i
Svět hardware
69 |
i
Svět hardware
69 |
i
Svět hardware
128 |
i
Svět hardware
86 |
i
Svět hardware
82 |
i
Svět hardware
72 |
i
Svět hardware
256 |
i
Svět hardware
92 |
i
Svět hardware
90 |
i
Svět hardware
74 |
i
Svět hardware
512 |
i
Svět hardware
96 |
i
Svět hardware
94 |
i
Svět hardware
75 |
i
Svět hardware
1024 |
i
Svět hardware
98 |
i
Svět hardware
97 |
i
Svět hardware
75 |
i
Svět hardware
2048 |
i
Svět hardware
99 |
i
Svět hardware
98 |
i
Svět hardware
75 |
i
Svět hardware
4096 |
i
Svět hardware
99 |
i
Svět hardware
98 |
i
Svět hardware
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.
i
Svět hardware
Číslo pinu |
i
Svět hardware
Stran A |
i
Svět hardware
Stran B | ||
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
Název |
i
Svět hardware
Popis |
i
Svět hardware
Název |
i
Svět hardware
Popis |
i
Svět hardware
1 |
i
Svět hardware
+12V |
i
Svět hardware
Napájení +12V |
i
Svět hardware
PRSNT1# |
i
Svět hardware
Detekce přítomnosti karty Hot-Plug |
i
Svět hardware
2 |
i
Svět hardware
+12V |
i
Svět hardware
Napájení +12V |
i
Svět hardware
+12V |
i
Svět hardware
Napájení +12V |
i
Svět hardware
3 |
i
Svět hardware
RSVD |
i
Svět hardware
Vyhrazeno pro budoucí použití |
i
Svět hardware
+12V |
i
Svět hardware
Napájení +12V |
i
Svět hardware
4 |
i
Svět hardware
GND |
i
Svět hardware
Zem |
i
Svět hardware
GND |
i
Svět hardware
Zem |
i
Svět hardware
5 |
i
Svět hardware
SMCLK |
i
Svět hardware
System Managenet Bus Clock |
i
Svět hardware
JTAG2 |
i
Svět hardware
TCK, hodinový signál pro JTAG |
i
Svět hardware
6 |
i
Svět hardware
SMDAT |
i
Svět hardware
System Management Bus Data |
i
Svět hardware
JTAG3 |
i
Svět hardware
TDI, vstupní data pro JTAG |
i
Svět hardware
7 |
i
Svět hardware
GND |
i
Svět hardware
Zem |
i
Svět hardware
JTAG4 |
i
Svět hardware
TDO, výstupní data od JTAGu |
i
Svět hardware
8 |
i
Svět hardware
+3,3V |
i
Svět hardware
Napájení +3,3V |
i
Svět hardware
JTAG5 |
i
Svět hardware
TMS, výběr modu pro JTAG |
i
Svět hardware
9 |
i
Svět hardware
JTAG1 |
i
Svět hardware
TRST, reset JTAGu |
i
Svět hardware
+3,3V |
i
Svět hardware
Napájení +3,3V |
i
Svět hardware
10 |
i
Svět hardware
3,3Vaux |
i
Svět hardware
Pomocné napájení 3,3V - pro wake-up |
i
Svět hardware
+3,3V |
i
Svět hardware
Napájení +3,3V |
i
Svět hardware
11 |
i
Svět hardware
WAKE# |
i
Svět hardware
Signál pro reaktivaci zařízení z PWD |
i
Svět hardware
PERST# |
i
Svět hardware
Reset |
i
Svět hardware
12 |
i
Svět hardware
RSVD |
i
Svět hardware
Vyhrazeno pro budoucí použití |
i
Svět hardware
GND |
i
Svět hardware
Zem |
i
Svět hardware
13 |
i
Svět hardware
GND |
i
Svět hardware
Zem |
i
Svět hardware
REFCLK- |
i
Svět hardware
Referenční hodinový signál, negativní |
i
Svět hardware
14 |
i
Svět hardware
PETp0 |
i
Svět hardware
Vysílač - Lane 0 pozitivní |
i
Svět hardware
REFCLK+ |
i
Svět hardware
Referenční hodinový signál, pozitivní |
i
Svět hardware
15 |
i
Svět hardware
PETn0 |
i
Svět hardware
Vysílač - Lane 0 negativní |
i
Svět hardware
GND |
i
Svět hardware
Zem |
i
Svět hardware
16 |
i
Svět hardware
GND |
i
Svět hardware
Zem |
i
Svět hardware
PERp0 |
i
Svět hardware
Přijímač - Lane 0 pozitivní |
i
Svět hardware
17 |
i
Svět hardware
PRSNT2# |
i
Svět hardware
Detekce přítomnosti karty Hot-Plug |
i
Svět hardware
PERn0 |
i
Svět hardware
Přijímač - Lane 0 negativní |
i
Svět hardware
18 |
i
Svět hardware
GND |
i
Svět hardware
Zem |
i
Svět hardware
GND |
i
Svět hardware
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.
i
Svět hardware
Napájecí napětí |
i
Svět hardware
1x |
i
Svět hardware
4x/8x |
i
Svět hardware
16x |
i
Svět hardware
+3,3V |
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
Tolerance napětí |
i
Svět hardware
9% |
i
Svět hardware
9% |
i
Svět hardware
9% |
i
Svět hardware
Proud |
i
Svět hardware
3.0A (max) |
i
Svět hardware
3.0A (max) |
i
Svět hardware
3.0A (max) |
i
Svět hardware
Zatížení (kapacita) |
i
Svět hardware
1000uF |
i
Svět hardware
1000uF |
i
Svět hardware
1000uF |
i
Svět hardware
+12V |
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
Tolerance napětí |
i
Svět hardware
8% |
i
Svět hardware
8% |
i
Svět hardware
8% |
i
Svět hardware
Proud |
i
Svět hardware
0,5A(max) |
i
Svět hardware
2,1A (max) |
i
Svět hardware
4,4A (max) |
i
Svět hardware
Zatížení (kapacita) |
i
Svět hardware
300uF |
i
Svět hardware
1000uF |
i
Svět hardware
2000uF |
i
Svět hardware
+3,3Vaux |
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
Tolerance napětí |
i
Svět hardware
9% |
i
Svět hardware
9% |
i
Svět hardware
9% |
i
Svět hardware
Proud |
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
|
i
Svět hardware
Povoleny waku-up |
i
Svět hardware
375mA (max) |
i
Svět hardware
375mA (max) |
i
Svět hardware
375mA (max) |
i
Svět hardware
Nepovoleny wake-up |
i
Svět hardware
20mA (max) |
i
Svět hardware
20mA (max) |
i
Svět hardware
20mA (max) |
i
Svět hardware
Zatížení (kapacita) |
i
Svět hardware
150uF |
i
Svět hardware
150uF |
i
Svět hardware
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.
i
Svět hardware
Šířka linku |
i
Svět hardware
Typ karty |
i
Svět hardware
Výška karty |
i
Svět hardware
Šířka karty |
i
Svět hardware
x1 |
i
Svět hardware
Standardní karty poloviční délky |
i
Svět hardware
111.15 mm (max) |
i
Svět hardware
167,65 mm (max) |
i
Svět hardware
x1,x4,x8,x16 |
i
Svět hardware
Standardní karty plné délky |
i
Svět hardware
111.15 mm (max) |
i
Svět hardware
312 mm (max) |
i
Svět hardware
x1,x4,x8,x16 |
i
Svět hardware
Karty s nízkým profilem |
i
Svět hardware
68,9 mm (max) |
i
Svět hardware
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.
i
Svět hardware
Počet lanu v linku |
i
Svět hardware
x1 |
i
Svět hardware
x2 |
i
Svět hardware
x4 |
i
Svět hardware
x8 |
i
Svět hardware
x12 |
i
Svět hardware
x16 |
i
Svět hardware
x32 |
i
Svět hardware
Počet vodičů pro jeden směr |
i
Svět hardware
2 |
i
Svět hardware
4 |
i
Svět hardware
8 |
i
Svět hardware
16 |
i
Svět hardware
24 |
i
Svět hardware
32 |
i
Svět hardware
64 |
i
Svět hardware
Přenosová rychlost v Gbitech/s |
i
Svět hardware
2,5 |
i
Svět hardware
5 |
i
Svět hardware
10 |
i
Svět hardware
20 |
i
Svět hardware
30 |
i
Svět hardware
40 |
i
Svět hardware
80 |
i
Svět hardware
Přenosová rychlost v Mbytech/s |
i
Svět hardware
250 |
i
Svět hardware
500 |
i
Svět hardware
1000 |
i
Svět hardware
2000 |
i
Svět hardware
3000 |
i
Svět hardware
4000 |
i
Svět hardware
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
- Jedná se o minimální počet pinů, nejsou zde zahrnuty přerušení, pomocné signály a napájecí piny
- Jde pouze o teoretické přenosové rychlosti, do kterých není započítaná žádná režie sběrnice
- MSI Message Signaled Interrupt
- MSI Message Signaled Interrupt
Autoři článku děkují za laskavou podporu projektu LN00B096, MSM262200012.






















