高性能计算机I/O总线技术研究

论文摘要

计算机I/O总线存在的意义在于实现CPU与多种外设的高效互联。PCI Express作为第三代计算机I/O总线的主流,已经初步取代PCI为主的第二代I/O总线;在即将到来的大范围普及中,PCI Express体现出的强大适应能力和高度的灵活性,让相关生产厂家和用户都充满期待,这也在很大程度上预示着PCI Express总线技术在短期内将出现较大市场需求。本文重点着眼于PCI Express总线技术分析、PCI Express总线设备开发和基于PCI Express总线的高性能数据传输方法研究。首先,简介计算机I/O总线技术发展现状,并论述本文将要重点研究的PCI Express总线技术特性。然后,对PCI Express总线技术的原理以及层次结构进行分析,在此基础上提出一个PCI Express总线设备的硬件设计方案。论文重点研究了该方案的PCI Express高速总线接口设计、高性能DMA传输等关键技术。另外,在硬件设计的基础上,还介绍了PCI Express总线设备WDM驱动程序原理和DMA驱动管理等关键方法。最后,结合设计方案的综合验证和测试,深入分析了PCI Express总线设备的数据传输性能,提出了较详细的硬件、驱动程序和传输性能测试方案、方法,并给出了详细的性能测试指标。测试分析表明:本文开展的PCI Express技术研究,很好地完成了PCI Express总线设备的硬件设计和驱动程序开发,提出的PCI Express设备高性能DMA传输方法在发送和接收两个方向上均可获得很高的传输速率,优于目前广泛使用的PCI总线技术,具备了一定实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 计算机I/O总线技术的概念
• 1.2 国内外发展概况和研究现状
• 1.2.1 计算机I/O总线发展历程
• 1.2.2 PCI Express与I/O总线的关系
• 1.3 课题的来源、目的和意义
• 1.4 主要研究内容和文章结构
• 第2章 PCI Express技术分析
• 2.1 PCI Express主要元素
• 2.1.1 PCI Express设备
• 2.1.2 链路
• 2.1.3 通路
• 2.1.4 TC、VC和QoS
• 2.2 PCI Express事务
• 2.2.1 事务分类
• 2.2.2 事务协议分析
• 2.3 PCI Express层次结构
• 2.3.1 事务层分析
• 2.3.2 数据链路层分析
• 2.3.3 物理层分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 PCI Express技术硬件设计
• 3.1 硬件方案设计
• 3.1.1 设计需求分析
• 3.1.2 设计原则
• 3.1.3 方案设计
• 3.2 PCI Express高速接口设计
• 3.2.1 传输线原理概述
• 3.2.2 高速接口设计原则
• 3.2.3 约束布线
• 3.2.4 PCB测试分析
• 3.3 Local总线接口设计
• 3.3.1 配置电路设计
• 3.3.2 数据传输接口设计
• 3.4 高性能DMA传输方法设计
• 3.4.1 PCI Express数据传输综述
• 3.4.2 DMA传输硬件实现
• 3.4.3 DMA传输优化方法
• 3.4.4 总线效率优化
• 3.5 供电设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 PCI Express总线设备驱动程序设计
• 4.1 WDM驱动技术综述
• 4.1.1 Windows 2000 组件模型
• 4.1.2 WDM驱动原理简介
• 4.1.3 驱动开发工具选择
• 4.2 PCI Express设备驱动技术分析
• 4.2.1 PCI Express配置空间原理
• 4.2.2 PCI Express配置访问机制
• 4.3 驱动设计的关键方法
• 4.3.1 数据空间映射
• 4.3.2 IRP操作
• 4.3.3 DMA传输管理
• 4.3.4 中断处理
• 4.4 本章小结
• 第5章 调试与性能测试分析
• 5.1 调试方法和调试问题分析
• 5.1.1 调试方法
• 5.1.2 主要调试问题分析
• 5.2 硬件测试与分析
• 5.3 驱动程序测试
• 5.4 数据传输性能测试与分析
• 5.4.1 传输速度测试与分析
• 5.4.2 误码率测试与分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 PCI Express x1 通讯卡实物
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢