Mi a PCI és a PCIe?
A PCI fogalma
A PCI (Peripheral Component Interconnect) egy olyan helyi párhuzamos busz szabvány eredetileg arra tervezték, hogy összekapcsolja központi feldolgozóegységek (CPU-k)) külső eszközökhöz, az Intel által 1991-ben bevezetett PCI-t az Egyesült Államokban a PCI-SIG fejlesztette ki.
A PCI-szabvánnyal kapcsolatos legmegbízhatóbb információk a következő oldalon találhatók PCI Spec fájl e szervezet által kibocsátott. Ha érdekli, megpróbálhatja megkeresni a PCI Spec fájlt az olvasáshoz. Frissítve lett a következőre PCIe 7.0 version0.5.
A PCIce konfigurációs folyamata
A folyamat általában a következőket foglalja magában:
- A PCI címzése
- Konfigurációs tér: a PCI-eszköznek három címzési területe van.
- IO portok
- Eszköz memóriája
| PCIe konfiguráció | Aspect | Részletek |
| PCI címzés | – | A PCI - konfigurációs tér címzése a folyamat része. Általános bevonás: A címzési szempontot általában magában foglalja. |
| PCI eszközcímzési terek | Szám | Egy PCI-eszköznek három címzési helye van. |
| PCI eszközcímzési terek | Tér típusok | A típusok az IO portok és az eszközmemória. |
| PCI rendszerelrendezés | Rendszerindítás | A PCI konfigurációs tér hozzáférése és regiszterei a következők rendszerindítás, amely során a firmware A PCI-perifériák konfigurációs tranzakciókat hajtanak végre. |
| PCI rendszerelrendezés | Tranzakciók | A rendszer indítása során, a firmware és a PCI-perifériák között konfigurációs tranzakciók léteznek. |
| PCI rendszerelrendezés | I/O regiszterek | - Az I/O regisztereknek van egy mellékhatása. - A CPU nem tárolhatja őket a gyorsítótárban. |
| PCI adatszerkezetek | – | pci_dev, pci_device_id, pci_driver, pci_register_driver, pci_unregister_driver, pci_enable_device |
| További információ Forrás | – | Ellenőrizze a PCI-SIG hivatalos honlapja. |
A PCI fejlődése (PCI vagy PCIe?)
1992 óta a PCI-interfész jelentős átalakításokon ment keresztül, hogy megfeleljen a számítástechnika egyre növekvő igényeinek. PCIe átkerült egy soros pont-pont építészet, így növelve az átviteli sebességet és a rendszerek rugalmasságát.
- PCI 1.0: Ez az első verzió, amely lehetővé teszi a következő működési frekvenciát 33 MHz és a sávszélesség 133 MB/s.
- PCI 2.0: A 66 MHz-es működési frekvencia bevezetése, a sávszélesség megduplázódása 264 MB/s.
- PCI-X: Az IBM, a HP és a Compaq volt felelős a technológia következő fázisának, a PCI-X-nek a bevezetéséért, amely további teljesítménynövekedést ért el azáltal, hogy 64 bites szélesség és frekvenciák legfeljebb 133 MHz.
| Idő | Verzió | adatátviteli sebesség |
| 2003 | PCIe 1.0 | 2,5 Gbps |
| 2007 | PCIe 2.0 | 5,0 Gbps |
| 2010 | PCIe 3.0 | 8,0 Gbps |
| 2017 | PCIe 4.0 | 16,0 Gbps |
| … | … | … |
| 2024-2025 | PCIe 7.0 | 512 GB/s（A kétirányú teljes sávszélesség a PCIe 7.0 x16 konfiguráción alapul）. |
PCI a PCB elrendezés tervezésében
Miért van szükség a PCI elrendezésre?
A PCI-interfész elrendezése közvetlenül befolyásolja a rendszer teljesítményét és stabilitását; így, a PCI-interfész elrendezése az egyik legfontosabb kérdés a tervezés egy nyomtatott áramköri lap.
Mielőtt nekilátnánk ennek a felületnek az elrendezéséhez, két dolgot előre meg kell határozni:
- Határozza meg a maximális adatátviteli sebességet PCI interfész.
(lásd a fenti 2. táblázatot A PCIe fejlődése)
- Meghatározza a kódolási sémát, amelyet a PCI interfész.
A PCI-interfész kódolási sémája számos technikára hatással van, többek között a következőkre, de nem kizárólag az alábbiakra fejlett jelátvitel, adatintegritás, adás-vétel kiegyenlítés, PLL javítás, időben változó adatvisszaállítás és általános célú skálázás.
| PCI verzió | Kódolási rendszer | GT/s | MB/s | További információ |
| PCI 1.0 | 8b/10b | – | – | Kezdeti változat, párhuzamos busz |
| PCI 2.0 | 8b/10b | – | – | Növeli a sávszélességet, megtartja az eredeti kódot |
| PCI 3.0 | 8b/10b | – | – | Hozzáadott támogatás a magasabb árfolyamokhoz |
| PCI Express 1.0 (PCIe 1.0) | 8b/10b | 2.5 | 250 | Soros kommunikáció első alkalommal |
| PCI Express 2.0 (PCIe 2.0) | 8b/10b | 5 | 500 | átviteli sebesség X 2 |
| PCI Express 3.0 (PCIe 3.0) | 128b/130b | 8 | 985 | Fokozott kódolási hatékonyság és megduplázott sávszélesség |
| PCI Express 4.0 (PCIe 4.0) | 128b/130b | 16 | 1970 | A sávszélesség további növelése |
| PCI Express 5.0 (PCIe 5.0) | 128b/130b | 32 | 3940 | Seepd X 2 |
| PCI Express 6.0 (PCIe 6.0) | PAM4 | 64 | 7880 | A kódolás megváltozik, és a sebesség ismét megduplázódik. |
A PCI elrendezés tervezésének lépései
1. lépés: A nyílások helyének meghatározása
A PCI-interfész fizikai elrendezése kezdjük a rések helyének meghatározásával.
Ideális esetben ezeknek a következőknek kell lenniük a lehető legközelebb a PCI vezérlőjének az alaplapon lévő helyére a jel átviteli útvonalának csökkentése érdekében. Az ilyen elrendezés nem csak a jel csillapítását csökkenti, hanem a EMI.
A gyakorlatban, mivel területkorlátozás és egyéb komponens elrendezési követelményeket, az ideális helyzetet néha nehéz elérni, ezért a tervezőnek kontextusban kell elhelyeznie azokat.
A PCI-interfész legfontosabb elemei a differenciális jelvezetékpárok.
Az alábbiakban néhány alapelvet ismertetünk a kábelezéssel kapcsolatban:
- Hosszszabályozás : Az igazítás hossza az arany ujj szélétől a PCI-E kapcsolótüskéig kell nem lehet több mint 4 hüvelyk, körülbelül 100 mm. Ez korlátozza a hosszúságot a jel csillapításának és torzításának minimalizálása érdekében.
- Differenciális páros távolság: A differenciálpárok távolságát egyenletesen kell tartani. Általában körülbelül 7 mils. Az ilyen egyenletes távolság fenntartja a jelegyensúlyt és csökkenti a keresztbeszólásokat.
- Hosszúság egyeztetés: Nem több, mint egy 5 mil hosszúság az azonos párban lévő két nyomvonal közötti különbség. A pontos hosszillesztés szükséges a jelintegritás megőrzéséhez, különösen nagy átviteli sebességeknél.
- Kígyózás: Ha hosszillesztésre van szükség, a kígyózást el lehet végezni. Ezzel a módszerrel pontos illesztés érhető el a kábel megnövelt hosszával. A kígyó méretét azonban ellenőrizni kell, hogy az ne befolyásolja a jelminőséget.
Emellett speciális 25/14 lyuk kialakítása PCI-E differenciál párok, és a két lyuk szimmetrikusan kell kialakítani. Ez valóban segít jelentősen csökkenteni a jelek torzítását és visszaverődését.
2. lépés: Alapszintű tervezés
A PCB PCI-interfész alaplapjának tervezésekor a tervezőnek számos tervezési tényezőt kell figyelembe vennie, amelyek többek között a következők lehetnek:
- Jelintegritás
- Energiaelosztás
- Hőgazdálkodás
- EMI védelem
A PCI-interfész területén meg kell fontolni, hogy a következőkről gondoskodjanak annyi földet vias mint lehetséges. Általában ajánlott, hogy a BGA területén néhány helyen hozzáadják a földi via-t, és a differenciális jeleket úgy dolgozzák fel, hogy a földet tekerjék.
Az alaplyukak távolságának a következőnek kell lennie kevesebb, mint 300 millió. Ezek a földelt átvezetések nemcsak a hatékony árnyékolás kialakításában segítenek, hanem jelentősen javítják a jel minőségét is.
Konkrét tervezési eset
Az alábbi adatok csak hozzávetőleges referenciák, a tényleges tervezésnek a következőkön kell alapulnia szigorú elektromos előírások és vizsgálati követelmények a pontos paraméterek meghatározásához.
Az alábbiakban egy rövid lista található, a további részletekért, kérjük, konzultáljon ELEprofesszionális mérnökökből álló csapata.<Check This>
| Paraméterek | PCI-E 5.0 (csak referenciaként) |
| Nyomvonal impedancia | 85 - 100 Ω |
| Maximális késleltetési különbség a differenciálpáron belül | ＜0.1 ps/mm |
| Egyenlő - a differenciálpárok közötti hosszúsági követelmények | ＜5 mil (kb. 0,127 mm) |
| Nyomvonal hossza | Az egyedi kialakítás szerint meghatározott |
| Kapacitási követelmények | Az egyedi kialakítás szerint meghatározott |
| A differenciálpárok közötti távolság | 8-10 mil (kb. 0,2-0,254 mm) |
| Maximális késleltetési különbség a differenciálpáron belül (RefCLK) | ＜0,005 ps/mm |
| Nyomvonal impedancia (RefCLK) | 90 - 95 Ω |
| A PCL - E és más jelek közötti távolság | Legalább 15 mil (kb. 0,381 mm) |
| Az egyes jelekhez engedélyezett átvezetések száma | Differenciálpáronként legfeljebb 3 |
Figyeljen a jel- és energiaintegritásra
I. Jelintegritás
- Impedancia illesztés
- A nagysebességű PCI-interfészek esetében az impedancia általában 50Ω. A vonalszélesség tűréshatárát a következő értékeken belül kell szabályozni 5 – 10%.
- Crosstalk vezérlés
- Távolsági szabály: A jelvonalak távolsága követi a "5W szabály" (a távolság 5 alkalommal a vonal szélessége).
- Használja a differenciálpárokat: A differenciálpáros jelvezetékek természetes keresztbeszélgetés-eltávolító tulajdonságokkal rendelkeznek, és különösen alkalmasak nagy sebességű jelátvitelre.
- Rétegszerkezet: A jelzőréteg elhelyezése a táp- és a földréteg között csökkentheti a keresztbeszólásokat.
- Egyéb pontok
- A jelvezeték megtartása close a referenciasíkra történő átvitele javíthatja a jelminőséget.
- A differenciálpárok hosszkülönbségét általában a következő értékeken belül szabályozzák 5 mils.
- Különleges 25/14 via design és a szimmetrikus elhelyezés csökkentheti a jel torzulását és visszaverődését.
II. Teljesítményintegritás
- Leválasztó kondenzátor Elhelyezés
- A 0.1μF nagyfrekvenciás leválasztó kondenzátor a PCIe chip tápcsatlakozóinak (VCC18GND, VCC33GND) közelében van elhelyezve. Minél közelebb, annál jobb az, hogy csökkentse a magas frekvencia zaj a tápegység.
- Teljesítménysík tervezése
- Rétegek száma: A tipikus PCIe kártyák egy 4 vagy 6 rétegű halmaz (két réteg a jeleknek és két réteg a tápellátásnak).
- Előítélet: Állítsa be a teljesítményréteg előfeszítését a készülék követelményeinek megfelelően. Váltakozó jel- és teljesítményrétegek csökkentheti a keresztbeszólásokat és az EMI-t.
- Via Design
- Használja a címet. nagy átjárók, dupla átjárók és kettős áramkörök tápegységek a feszültségesés csökkentése és a stabilitás javítása érdekében.
PCI és PCIe alkalmazások
PCB szerver alaplap
Nagy integrációs sűrűség
- A szerver alaplapok megkövetelik több PCIe rések a különböző eszközök bővítéséhez.
Redundancia és megbízhatóság
- Hot-swap támogatás működés közben
- Hibaérzékelés és -javítás használata
- Redundáns konfiguráció alkalmazása, például kettős teljesítmény.
PCIe 4.0+ támogatás
- A jelcsillapítás és a zaj problémájának leküzdése érdekében.
Hőgazdálkodás
- Jó termikus tervezés a nagy teljesítményű PCIe eszközök, például egy GPU stabilitása érdekében.
PCB Ipari vezérlőpanel
Interferencia elleni tervezés
- A nagy sűrűségű árnyékolt csatlakozók elkerülik az interferenciát.
- Az adapterkártya függőleges behelyezése hozzájárul a jó szellőzéshez, csökkentve az interferenciát.
- Az adatgyűjtő kártyák zavarásgátlása javult a következőkkel 5000 V rms izoláció.
Megbízhatósági tervezés
- Alacsony fogyasztású CPU-k, mint például a Pentium MMX-266, és hűtőborda a magas hőmérsékleti ellenállás érdekében.
- DiskOnChip elektronikus lemez a rezgéscsillapításhoz.
- Hot swap, redundáns tápellátás a magas rendelkezésre állás érdekében.
- Forró cserélhető adapterkártyák az egyszerű karbantartás érdekében.
PCB Embedded System Board
Egyszerűsített PCI protokoll
- Egyszerűsített protokoll stack megvalósítása FPGA-ban
- Például alapvető buszparancsok.
Állapotgép-optimalizálás
- Az állapotgépek egyszerűsítése az erőforrások jobb kihasználása és a gyorsabb reagálás érdekében.
Energiafogyasztás optimalizálása
- Intelligens energiagazdálkodás
- Például üresjárati (alacsony fogyasztású) állapotok - az akkumulátor élettartamának meghosszabbítására.
Moduláris felépítés:
- Ossza fel a PCI-interfészt külön modulokra.
- Például címdekóderek.
Teljesítménymutatók, amelyek érdekelhetik Önt
A PCI interfész PCB tervezésénél az ügyfelek leginkább a teljesítménymutatókat tartják fontosnak, amelyek közé elsősorban a következők tartoznak sávszélesség, a késleltetés és az energiafogyasztás; kompatibilitás, élettartam, költség szintén fontos mutató.
Sávszélesség
A sávszélesség a PCI-interfész átviteli képességének alapvető mérőszáma. A valós alkalmazásokban azonban különböző tényezők miatt a tényleges sávszélesség mindig kompromisszumot jelent.
Például, ha feltételezzük, hogy a rezsiköltségek 8b/10b kódolás, a tényleges effektív sávszélesség egy PCIe 3.0-val működő rendszerben körülbelül 80% az eredeti sávszélesség.
Emellett vannak TLP Overhead, Ack/Nak mechanizmusok és folyamszabályozás amelyek befolyásolhatják a tényleges tényleges sávszélességet.
| Verzió | Sávszélesség |
| PCIe 3.0 | 8 GT/s |
| PCIe 4.0 | 16 GT/s |
| PCIe 5.0 | 32 GT/s |
Késleltetés
Új funkciók bevezetése - mint a PAM-4 többszintű csatornatechnológia a PCIe 5.0-nak - miközben a sávszélesség sajnos növekszik. más jelintegritási kihívásokat is jelentenek fokozott késleltetés létrehozására képes.
Energiafogyasztás
- A másik tényező, amely nem elhanyagolható a PCI-interfészek tervezésénél, különösen a mobil eszközök és a beágyazott rendszerek, az energiafogyasztás.
- E második szempontot illetően a PCIe 6.0 szabvány sokat javul a új, fejlett energiaállapotok mint például az L0p, amely dinamikusan igazítja az energiafogyasztást a sávszélesség követelményeinek megfelelően.
- E három kulcsfontosságú mérőszám mellett az ügyfeleket a következő egyéb teljesítményparaméterek is érdekelhetik IOPS, várakozási mélység és hibaarányok.
Kompatibilitás
Slot Kompatibilitás
- A PCIe x16 slotok támogatják a kisebb formátumú PCIe kártyákat, mint pl. PCIe x8, PCIe x4 és PCIe x1.
Jegyzőkönyv Kompatibilitás
- Az újabb PCIe protokollverziók új funkciókkal rendelkeznek, míg a továbbra is kompatibilis a korábbi generációkkal.
Teljesítmény kompatibilitás
- Újabb PCIe bővítőhelyek képesek megfelelő energiával ellátni a régebbi generációs PCIe kártyák.
Kompatibilitási korlátozások
Energiagazdálkodási kihívások
- Nagy teljesítményű PCIe 4.0 vagy 5.0 eszközök továbbfejlesztett energiagazdálkodási rendszereket igényelhetnek, ami a régebbi platformokon lehetetlen lehet.
Funkció megvalósítása
- A PCIe-szabvány fejlődésével néhány újabb funkció, például a PCIe 4.0 L0s alacsony energiafogyasztású állapota is fejlődött, a régebbi eszközökön nem valósulnak meg, ami hatással van a rendszer általános energiahatékonyságára.
Megbízhatóság és élettartam
A PCI-interfész hosszú távú megbízhatóságának biztosításához számos területet kell megvizsgálnia, többek között a következőket anyagválasztás, hőkezelés, jelintegritás, és így tovább.
Költségek
Számos tényező befolyásolhatja a gyártás költségeit. PCI, és itt röviden bemutatok néhányat közülük:
Következtetés
A PCI egy nyomtatott áramköri lapon összetett, de mégis alapvető fontosságú funkció a NYÁK gyártás. A hagyományos PCI vagy a PCIe széleskörűen elterjedt a nyomtatott áramköri lapok tervezésénél. A jól kiépített PCI-interfész a jel- és energiaintegritás megfelelő figyelembevételével az alapja a következőknek kiváló teljesítmény. A PCI végrehajtása a következő országokban változik különböző típusú PCB-k; ezért a tervezőknek ismerniük kell a releváns teljesítménymutatók. A megfelelő PCI-tervezés az alapja a jó adatátvitel és a rendszer különböző összetevőinek zökkenőmentes működésének.
KAPCSOLATFELVÉTEL
Hungarian 
English 
Italian