PCIe 接口的工作原理

PCIe（Peripheral Component Interconnect Express，高速外围组件互连）是一种高速串行总线标准，用于连接 CPU 与显卡、SSD、网卡等高速设备。其工作原理如下：

1. 串行点对点通信（取代 PCI 的并行总线）

• PCIe 采用串行传输（而非 PCI 的并行传输），每个设备通过独立的通道（Lane）与 CPU 通信。

• 每个 Lane 包含 2 对差分信号线（TX 发送 + RX 接收），实现全双工通信（同时收发数据）。

2. 分层协议架构（类似网络协议栈）

PCIe 协议分为三层：

• 事务层（Transaction Layer）：负责数据包的封装（TLP，Transaction Layer Packet），如读写请求、中断等。

• 数据链路层（Data Link Layer）：负责错误检测（CRC 校验）、流量控制（ACK/NACK 机制）。

• 物理层（Physical Layer）：负责信号编码（如 8b/10b 或 128b/130b）、串行化/解串行化（SerDes）。

3. 可扩展带宽（Lane 数量灵活）

• PCIe 支持 x1、x2、x4、x8、x16 等不同通道数，带宽随 Lane 数倍增。

• 例如：

  • PCIe 3.0 x1 = 约 1GB/s（单方向）

  • PCIe 4.0 x16 = 约 32GB/s（单方向）

4. 支持热插拔和动态配置

• PCIe 支持热插拔（需操作系统配合），设备插入时可自动协商速度和 Lane 数。

PCIe 与 PCI 的区别

关键总结

1. PCIe 是串行总线，PCI 是并行总线 → PCIe 速度更快、延迟更低。

2. PCIe 采用点对点架构 → 无总线竞争，支持多设备同时高速通信。

3. PCIe 带宽可扩展 → 通过增加 Lane 数（如 x16）提升吞吐量。

4. PCIe 支持现代特性 → 如热插拔、电源管理、虚拟化（SR-IOV）。