PCI-X

PCI-X總線在PCI總線的基礎上發展而來，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的設備可以直接插到PCI的插槽中去，PCI的設備也可以直接插到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，但是在信號的輸入端加入了輸入寄存器以增強時序性能，提高了總線的時鐘頻率。在PCI-X2.0的Spec中還提出了DDR和QDR技術，進一步提高了PCI-X總線的帶寬。

一個典型的PCI-X總線系統的例子如下圖所示：

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

在PCI總線中，以總線主機從從機設備讀操作為例，當從機設備尚未準備好結束這次操作（從機設備未就緒，且數據尚未發送完）時，可以通過鎖存數據并插入等待周期，或者發起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，發起讀操作的總線主機被稱為Requester，而接受并向總線上發送數據的從機設備被稱為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）可以達到85%，而標準的PCI總線只有50%-60%。關于Split Transaction的詳細內容，建議大家去參考PCI-X的Spec，這里不再詳細地介紹。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（Sideband Signals）來完成的，在PCI-X Spce中引入了消息信號中斷（MSI，Message Signaled Interrupts）的機制，以取代這些邊帶信號，進而精簡系統設計。

注：關于MSI的詳細內容，建議參考PCI-X Spec，此處不再詳細介紹。

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

如上圖所示，由于信號線眾多，在PCB設計的時候，很難保證每一條信號線的長度都完全相同（更不要說還有過孔等因素）。因此，即使信號在發送時完全沿對沿的（實際上也是不可能的，對于PCI總線來說），也很難保證信號在同一時間到達接收端，此時的信號必然不再是沿對沿的了。如果不同信號線之間的傳輸延時差異較大，就很容易導致信號在接收端的采樣錯誤，進而提高數據傳輸的誤碼率。

為了解決這些問題，在PCI-X2.0的Spec中提出了源同步模型（實際上，在目前高速的FPGA邏輯設計和數字ASIC設計中采用的基本上都是源同步的模型）。如下圖所示，此時系統的時鐘由發送端（即Source Device）直接提供，并和數據信號一同傳輸至接收端，這就很好地解決非源同步模型中的時鐘相位差（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，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據傳輸中劣勢。PCI-X2.0總線雖然性能優異，但是卻幾乎很少得到應用，由于其高功耗高成本，且并行總線的引腳過多，需要極其復雜的PCB設計，導致PCI-X2.0只在極少數高端的市場中得到了應用（如服務器市場等）。導致PCI-X2.0未能達到大規模應用的另一個因素就是PCI Express（PCIe）總線時代的到來，其標志著高速串行總線取代傳統的并行總線的時代的開端。