PCIe熱插拔機(jī)制介紹

前言本文主要講述PCIe熱插拔機(jī)制，通過(guò)圖形方式方便讀者快速掌握。

一、概述

如果在PCIe設(shè)備不支持熱插拔的條件下，在不斷電的情況下插拔一塊PCIe SSD時(shí)，很可能會(huì)對(duì)主板或PCIe插槽造成損毀。

為了防止意外的發(fā)生，PCIe Spec設(shè)計(jì)了一種“No Surprise”熱插拔機(jī)制，即，當(dāng)用戶要插拔PCIe設(shè)備時(shí)，必須先通知系統(tǒng)軟件做好準(zhǔn)備，然后通過(guò)指示燈告知用戶熱插拔的狀態(tài)。

二、原理詳解

2.1 熱插拔原理總結(jié)

PCIe總線的熱插拔主要指的是PCIe卡設(shè)備的熱插拔以及相關(guān)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制等。

如圖所示，上方部分PCIe卡有兩個(gè)用于熱插拔機(jī)制的引腳——PRSNT1#和PRSNT2#。PCIe卡設(shè)備上的這兩個(gè)信號(hào)之間是短路的，下方部分PCIe插槽的PRSNT1#被固定地連接到地，PRSNT2#則被上拉。且PCIe卡上的這兩個(gè)信號(hào)的金手指長(zhǎng)度要比其他的信號(hào)的金手指長(zhǎng)度要短一點(diǎn)。當(dāng)PCIe卡設(shè)備未被完全插入插槽時(shí)，插槽的PRSNT2#信號(hào)由于上拉的作用，將一直處于高電平狀態(tài)。當(dāng)PCIe卡設(shè)備被完全插入插槽后，PRSNT1#與插槽上接地的PRSNT1#連接，同時(shí)插槽上的PRSNT2#信號(hào)則會(huì)被PCIe卡設(shè)備的短路線連接到地，從而使得其變?yōu)榈碗娖?。換句話說(shuō)，從插槽的角度看，當(dāng)PRSNT2#位高電平時(shí)，則認(rèn)為PCIe卡設(shè)備未能正確插入或者無(wú)PCIe卡設(shè)備；當(dāng)PRSNT2#位低電平時(shí)，表明PCIe卡設(shè)備被正確地插入插槽中。

2.2 熱插拔軟硬件要求

熱插拔不僅僅是硬件的事，其需要軟硬件協(xié)同實(shí)現(xiàn)。要想實(shí)現(xiàn)熱插拔功能，操作系統(tǒng)、主板熱插拔驅(qū)動(dòng)器、PCIe卡設(shè)備驅(qū)動(dòng)以及PCIe卡硬件功能都必須支持熱插拔，缺一不可。從PCIe卡設(shè)備硬件功能的角度來(lái)看，其需要支持Quiesce命令、Pause命令（可選）、Start命令和Resume命令。

PCIe環(huán)境下的熱插拔需要軟件與硬件的通力合作。紅色框內(nèi)屬于軟件方面的需求，綠色框內(nèi)是硬件方面的需求。

軟件方面主要包括：

1、User Interface： 這部分由系統(tǒng)OS提供。主要允許用戶可以請(qǐng)求插拔PCIe設(shè)備。

2、Hot-Plug Service： 這部分也是由系統(tǒng)OS提供。主要負(fù)責(zé)處理用戶插拔PCIe設(shè)備的請(qǐng)求。

3、Standardized Hot Plug System Driver： 這部分驅(qū)動(dòng)可以由系統(tǒng)OS或者主板提供。

4、Device Driver： 這部分主要有適配卡提供。

硬件方面主要包括：

1、Hot-Plug Controller： 主要負(fù)責(zé)接收和處理來(lái)自Hot Plug System Driver的指令。

2、Card Slot Power Switching Logic： 主要被Hot Plug Controller控制，用于turn-on/off電源。

3、Card Reset Logic： 按照Hot-plug System Driver的指示，Hot Plug Controller向需要插拔PCIe設(shè)備的插槽（Slot）傳送PERST#信號(hào)。

4、Power Indicator： 主要負(fù)責(zé)指示設(shè)備連接器上面的電源狀態(tài)。

5、Attention Indicator： 這個(gè)是警示燈，提醒用戶熱插拔失敗狀態(tài)，所以一般情況下處于關(guān)閉狀態(tài)。

6、Card Present Detect Pins： PCIe設(shè)計(jì)了兩個(gè)用于檢測(cè)PCIe設(shè)備是否存在的信號(hào)PRSNT1#和PRSNT2#。PRSNT#1接地，當(dāng)PCIe設(shè)備存在時(shí)，PRSNT#2拉高。

橋設(shè)備（Switch等）中還需要支持熱插拔控制器（Hot Plug Controller）。

注：PCIe總線除了有一個(gè)Base Spec之外，還有一個(gè)關(guān)于PCIe卡設(shè)備的Spec——PCIe Card ElectroMechanical Spec（CEM）。

與PCI總線不同，PCIe總線采用的是點(diǎn)到點(diǎn)的連接（Point-to-Point Connections），因此其并不像PCI總線那樣需要用于卡設(shè)備的隔離邏輯（Isolation Logic），但是每個(gè)端口（橋設(shè)備中的，如Root和Switch）都必須包含一個(gè)獨(dú)立的熱插拔控制器（Hot Plug Controller），如下圖所示：

配置空間中，與熱插拔相關(guān)的寄存器如下圖所示：