精解PCI Express---物理结构篇

物理结构篇
在前两篇中，我们对PCI Express总线技术的基础知识及系统架构部分作了详细的介绍，本篇就要带大家认识PCI Express总的物理结构，以及常见的PCI Express设备，见识一下PCI Express设备的庐山真面目。

　　一、物理结构外观

　　PCI-Express接口标准更少的信号线更加有利于I/O子系统的改进，并且使新的系统模块更加方便加入。改进的设计包括以下几个方面：PCI- Express接口是基于现有PCI结构的主板旁加一个PCI接口一半长的子接口；更高连接带宽，如在一个物理卡中可以支持到最多16条连接，将用新的连 接器替代旁边的PCI或者AGP连接器。这是早期工程师和技术人员所采用扩展的方式，在PCI总线插槽终端添加一段专用地址，以使同时可以支持PCI和 CPI Express接口的设备，就像EISA接口可以同时支持EISA和ISA卡一样。如图1所示。



图1

但后来随着多信道PCI Express总线技术的发展，在高带宽模式下如果仍采用上述在PCI接口附加的方法显然行不通，于是工程师们又设计出一种完全独立于PCI总线的全新总 线结构。下图2所示的是x1和x16模式的插槽结构与现行PCI总线插槽结构的对比图。因为它不同于PCI结构，也不是在原有PCI接口前、后附加端子， 原来的PCI设备也就不能插在PCI Express新接口中，所以在近期的主板板上为了保持与原有总线系统结构相兼容，必须在主板上留有一定的PCI插槽。



图2

　　在服务器中因为这类PCI Express卡较多，所以通常采用专用集线板集中安装这些板卡设备，如图3所示。由此系统结构也可以看出，PCI Express总线将在服务器中得到更为广泛的应用。



图3
PCI-Express标准除了将替代AGP和PCI卡外，其它形式的产品也正在积极的发展之中。PCIMCIA工业组织已经宣布在PC接口卡下一步发展 一种新规格的连接卡。新规格将把桌面机和笔记本电脑的外置的接口标准进行统一。在未来几年的发展中，新卡标准的目标将朝着小型化的方向发展，以满足轻薄型 笔记本和未来台式机设计需求。新卡的下一步发展将结合体积更小，在可靠性和易用性方面更强。新卡支持在笔记本电脑和台式机共享设备之间热拨插，类似于 USB设备可以共享一样。新标准将是一个自由的开放系统。

　　PCI-SIG日前宣布已完成PCI Express技术新规格的制定工作，新规格PCI Express Mini Card是将PCI Express技术面向移动平台扩展而成。该规格有望成为目前实际应用于移动终端的Mini PCI规格的后续规格，它补充了PCI Express Card的要素，并有望应用于按照移动终端的BTO（按单定制）及CTO（按单配制）商业模式生产的有线及无线外设。

　　PCI Express Mini Card规格制定工作的完成，标志着业界在PCI Express技术开发领域取得了重大进展，该规格将使PCI Express技术的价值扩展到移动市场领域。PCI Express技术工作组负责人Ajay Bhatt表示：PCI Express Mini Card规格的发布，扩大了PCI Express技术开发的应用空间，还可引发业界的兴趣。该规格最初主要面向移动计算市场所需的外设，后经业界主要OEM和IHV(独立硬件制造商)的努 力完善而成。

　　如图4所示的是目前PCI-SIG组织已确定的有关PCI Express总线接口、连接电缆和设备外观，以及其应用领域图示。从图中要吧清楚地看出各带宽模式下的PCI Express总线接口插槽和连接电缆外观。



图4
二、台式机PCI Express物理接口设计规范

　　为了使大家对PCI Express插槽接接口物理结构有一个基本的了解，五面将列举x1、x4、x8、x16几种带宽模式下的PCI Express插槽接接口物理结构中各针脚定义。x1模式下的插槽针脚下定义如下表1所示。

表1 x1模式PCI Express总线接口插槽针脚定义  针号 B面 A面

名称 说明 名称 说明
1 +12v +12v电压 PRSNT1# 热拨插存在检测
2 +12v +12v电压 +12v +12v电压
3 RSVD 保留针脚 +12v +12v电压
4 GND 地 GND 地
5 SMCLK 系统管理总线时钟 JTAG2 测试时钟、JTAG接口输出时钟
6 SMDAT 系统管理总线数据 JTAG3 测试数据输出
7 GND 地 JTAG4 测试模式选择
8 +3.3v +3.3.v电压 JTAG5 测试模式选择
9 JTAG1 测试复位，JTAG接口复位时钟 +3.3v +3.3.v电压
10 3.3vaux 3.3v辅助电源 +3.3v +3.3.v电压
11 WAKE# 链接激活信号 PWRGD 电源准备好信号
12 RSVD 保留针脚 GND 地
13 GND 地 REFCLK+ 差分信号对的参考时钟
14 HSOp(0) 0号信道发送差分传输信号对 REFCLK-
15 HSOn(0) GND 地
16 GND 地 HSlOp(0) 0号信道接收差分信号对
17 PRSNT2# 热拨插存在检测 HSln(0)
18 GND 地 GND 地

　　x4带宽模式下相对x1模式下附加的针脚定义如下表2所示。

表2 x1模式附加针脚定义  针号 B面 A面

名称 说明 名称 说明
19 HSOp(1) 1号信道发送差分信号对 GND 地
20 HSOn(1) HSip(1) 1号信道接收差分信号对
21 GND 地 HSin(1)
22 GND 地 GND 地
23 HSOp(2) 2号信道发送差分信号对 GND 地
24 HSOn(2) GND 地
25 GND 地 HSip(2) 2号信道接收差分信号对
26 GND 地 HSin(2)
27 HSOp(3) 3号信道发送差分信号对 GND 地
28 HSOn(3) GND 地
29 GND 地 HSip(3) 3号信道接收差分信号对
30 RSVD 保留针脚 HSin(3)
31 PRSNT2# 热拨插存在检测 GND 地
32 GND 地 RSVD 保留针脚

　　X8模式相对x4模式下附加的针脚定义如下表3所示。   
  表3 x4模式附加针脚定义  针号 B面 A面
名称 说明 名称 说明
33 HSOp(4) 4号信道发送差分信号对 RSVD 保留针脚
34 HSOn(4) HSip(4) 4号信道接收差分信号对
35 GND 地 HSin(4)
36 GND 地 GND 地
37 HSOp(5) 5号信道发送差分信号对 GND 地
38 HSOn(5) GND 地
39 GND 地 HSip(5) 5号信道接收差分信号对
40 GND 地 HSin(5)
41 HSOp(6) 6号信道发送差分信号对 GND 地
42 HSOn(6) GND 地
43 GND 地 HSip(6) 6号信道接收差分信号对
44 GND 地 HSin(6)
45 HSOp(7) 7号信道发送差分信号对 GND 地
46 HSOn( GND 地
47 GND 地 HSip(7) 7号信道接收差分信号对
48 PRSNT2# 热拨插存在检测 HSin(7)
49 GND 地 GND 地
　　X16模式相对x8模式下附加的针脚定义如下表4所示。

表4 x4模式附加针脚定义  针号 B面 A面

名称 说明 名称 说明
50 HSOp( 8号信道发送差分信号对 RSVD 保留针脚
51 HSOn( GND 地
52 GND 地 HSip(5) 8号信道接收差分信号对
53 GND 地 HSin(
54 HSOp(9) 9号信道发送差分信号对 GND 地
55 HSOn(9) GND 地
56 GND 地 HSip(9) 9号信道接收差分信号对
57 GND 地 HSin(9)
58 HSOp(10) 10号信道发送差分信号对 GND 地
59 HSOn(10) GND 地
60 GND 地 HSip(10) 6号信道接收差分信号对
61 GND 地 HSin(10)
62 HSOp(11) 11号信道发送差分信号对 GND 地
63 HSOn(11) GND 地
64 GND 地 HSip(11) 11号信道接收差分信号对
65 GND 地 HSin(11)
66 HSOp(12) 12号信道发送差分信号对 GND 地
67 HSOn(12) GND 地
68 GND 地 HSip(12) 12号信道接收差分信号对
69 GND 地 HSin(12)
70 HSOp(13) 13号信道发送差分信号对 GND 地
71 HSOn(13) GND 地
72 GND 地 HSip(13) 13号信道接收差分信号对
73 GND 地 HSin(13)
74 HSOp(14) 14号信道发送差分信号对 GND 地
75 HSOn(14) GND 地
76 GND 地 HSip(14) 13号信道接收差分信号对
77 GND 地 HSin(14)
78 HSOp(15) 15号信道发送差分信号对 GND 地
79 HSOn(15) GND 地
80 GND 地 HSip(15) 15号信道接收差分信号对
81 PRSNT2# 热拨插存在检测 HSin(15)
82 RSVD 保留针脚 GND 地

　　对比以上各表可以看出，各种带宽模式下的PCI Express总线接口插槽主要区别在于信道的多少，而主要控制功能是在0号信道的模式下，其它模式下的插槽是在0号信道基础附加一些发送和接收差分信号对连接，以及相应的地线。