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PCIE 通道分配分析 -- 以 Z270 PCH 为例

创作时间:

作者:

@小白创作中心

PCIE 通道分配分析 -- 以 Z270 PCH 为例

引用

来源

https://www.dyldr.top/blog/PC/PCIE_channel

本文以Z270 PCH为例，详细分析了PCIE通道的分配情况。通过结合硬件配置、系统信息和数据手册，深入探讨了PCIE通道的物理规格、电气规格、实现方式以及具体的通道分配情况。

背景

玩上了 E3，很好奇通道分配情况。使用的主板是 Z270-Dragon, CPU 是 E3 1240v6。

基础知识

PCIE 有很多种规格，为了清晰描述，给出以下方便的定义：

物理（插槽）规格：插槽的外形规格。如 PCIE x16, x8, x4, x1, 或者 M.2。
电气规格：连接到插槽的 PCIE 通道 (Lane) 数。一个 X16 物理规格的插槽可能只有 x8 的通道，常见于带有多个 X16 的主板上，但是没有那么多通道。

PCIE 在实现上可以有两种，即

CPU 直连
PCH 提供

。CPU 直连的通道速度最快，不受其他限制；而 PCH 提供的通道虽然多，总体速度受 DMI Link 的速度限制。（小水管）

PCIE 的通道拆分即指 CPU 直连的 PCIE 通道拆分，涉及到 CPU 相应 CFG 引脚的配置，高端芯片组通过 GPIO 连接到这些引脚来提供动态配置拆分的选项。

PCH 上的 PCIE 信号路径大致如下：

+-----+    DMI    +-----------------------------------------------+
| CPU | <=======> |  -----+                                +------|
+-----+           |       |                             +->| HSIO |
                    |  +------------+     +----------+   /   +------|
                    |  | Controller | <-> | HSIO MUX | <---->| HSIO |
                    |  +------------+     +----------+   \   +------|
                    |                          ^          +->| HSIO |
                    |                          |             +------|
                    | PCH              (USB3 Signals, etc)   | .... |
                    +-----------------------------------------------+

这里涉及 Controller，HSIO 等概念，解释如下：

DMI (Direct Media Interface): 一种高速串行接口，用于在 CPU 和 PCH 之间传输数据，负责传递PCIe、USB、SATA 等多种类型的 I/O 请求
PCIe Controller: 对于PCIe设备而言，PCIe控制器负责初始化、配置和管理PCIe链路。它决定了如何分配带宽、处理中断、执行电源管理等功能
HSIO (High-Speed I/O): 高带宽输入输出模块，它是PCH中负责处理高速信号的部分。HSIO模块支持多种高速接口协议，包括但不限于PCIe、USB 3.x 和 SATA
HSIO MUX (Multiplexer)：一个多路复用器，允许从多个源（例如，PCIe控制器、USB控制器等）共享有限数量的HSIO通道

资料获取

E3-1240v6 处理器概览万恶的 Intel 并不给我们数据手册，只能看看概览了。

200系 PCH 数据手册一共有两卷，卷 1 是概览，卷 2 是寄存器等详细描述。我们只需要看卷 1 就可以了。

分析

物理&电气规格

观察主板可知：

这块主板一共带有两条 PCIE X16 插槽，4 条 PCIE X1 插槽，两个 M.2 PCIE/SATA Combo 插槽。

其中，PCIEX16_1 是满连接的，和处理器的 x16 直连对应。

而 PCIEX16_2 是只有一半长度的（即插槽上有针脚的部分），应该对应最大 X8，也就是 2x8 模式。

其余的 PCIE 和 M.2 接口则是由 PCH 提供，需要进一步查看 PCH 的手册确定。

端口规格与连接

X1 插槽

这些 PCIEx1 到底对应 PCH 上的哪些呢？一个办法是查看 dmidecode。运行:

sudo dmidecode -t slot

得到：

# dmidecode 3.6
Getting SMBIOS data from sysfs.
SMBIOS 3.0.0 present.
Handle 0x001B, DMI type 9, 17 bytes
System Slot Information
    Designation: PCIEX16_1
    Type: PCI Express
    Data Bus Width: 16x or x16
    Current Usage: Available
    Length: Long
    ID: 0
    Characteristics:
        3.3 V is provided
        Opening is shared
        PME signal is supported
    Bus Address: 0000:ff:01.0
Handle 0x001C, DMI type 9, 17 bytes
System Slot Information
    Designation: PCIEX16_2
    Type: PCI Express
    Data Bus Width: 16x or x16
    Current Usage: Available
    Length: Short
    ID: 1
    Characteristics:
        3.3 V is provided
        Opening is shared
        PME signal is supported
    Bus Address: 0000:ff:1b.4
Handle 0x001D, DMI type 9, 17 bytes
System Slot Information
    Designation: PCIEX1_1
    Type: PCI Express
    Data Bus Width: 1x or x1
    Current Usage: Available
    Length: Short
    ID: 2
    Characteristics:
        3.3 V is provided
        Opening is shared
        PME signal is supported
    Bus Address: 0000:ff:1c.3
Handle 0x001E, DMI type 9, 17 bytes
System Slot Information
    Designation: PCIEX1_2
    Type: PCI Express
    Data Bus Width: 1x or x1
    Current Usage: Available
    Length: Short
    ID: 3
    Characteristics:
        3.3 V is provided
        Opening is shared
        PME signal is supported
    Bus Address: 0000:ff:1c.4
Handle 0x001F, DMI type 9, 17 bytes
System Slot Information
    Designation: PCIEX1_3
    Type: PCI Express
    Data Bus Width: 1x or x1
    Current Usage: Available
    Length: Short
    ID: 2
    Characteristics:
        3.3 V is provided
        Opening is shared
        PME signal is supported
    Bus Address: 0000:ff:1c.5
Handle 0x0020, DMI type 9, 17 bytes
System Slot Information
    Designation: PCIEX1_4
    Type: PCI Express
    Data Bus Width: 1x or x1
    Current Usage: Available
    Length: Short
    ID: 3
    Characteristics:
        3.3 V is provided
        Opening is shared
        PME signal is supported
    Bus Address: 0000:ff:1c.6

丢给 LLM 分析一下，可知：

PCIEX16_1

类型：PCI Express
数据总线宽度：16x 或 x16
当前使用状态：可用
长度：长
ID: 0
特性：提供3.3V电源，开口共享，支持PME信号
总线地址：0000:ff:01.0

PCIEX16_2

类型：PCI Express
数据总线宽度：16x 或 x16
当前使用状态：可用
长度：短
ID: 1
特性：提供3.3V电源，开口共享，支持PME信号
总线地址：0000:ff:1b.4

PCIEX1_1

类型：PCI Express
数据总线宽度：1x 或 x1
当前使用状态：可用
长度：短
ID: 2
特性：提供3.3V电源，开口共享，支持PME信号
总线地址：0000:ff:1c.3

PCIEX1_2

类型：PCI Express
数据总线宽度：1x 或 x1
当前使用状态：可用
长度：短
ID: 3
特性：提供3.3V电源，开口共享，支持PME信号
总线地址：0000:ff:1c.4

PCIEX1_3

类型：PCI Express
数据总线宽度：1x 或 x1
当前使用状态：可用
长度：短
ID: 2 （注意：这里ID重复了）
特性：提供3.3V电源，开口共享，支持PME信号
总线地址：0000:ff:1c.5

PCIEX1_4

类型：PCI Express
数据总线宽度：1x 或 x1
当前使用状态：可用
长度：短
ID: 3 （注意：这里ID也重复了）
特性：提供3.3V电源，开口共享，支持PME信号
总线地址：0000:ff:1c.6

关注总线地址部分，设备和功能号部分是 1c.x，0x1c = 28，则按照手册[PCH Controller Device IDs]：

PCH Controller Device IDs 节选

可知对应了这几个直连端口。

M.2

由主板说明可知，这些 M.2 插槽可以兼容 SATA 和 NVME(PCIE) 设备。我们查看一下

lspci -tv

：

-[0000:00]-+-00.0  Intel Corporation Xeon E3-1200 v6/7th Gen Core Processor Host Bridge/DRAM Registers
           +-14.0  Intel Corporation 200 Series/Z370 Chipset Family USB 3.0 xHCI Controller
           +-17.0  Intel Corporation SATA Controller [RAID mode]
           +-1b.0-[01]--
           +-1c.0-[02]--
           +-1c.7-[03]----00.0  Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8111/8168/8211/8411 PCI Express Gigabit Ethernet Controller
           +-1d.0-[04]----00.0  SK hynix BC511 NVMe SSD
           +-1f.0  Intel Corporation 200 Series PCH LPC Controller (Z270)
           +-1f.2  Intel Corporation 200 Series/Z370 Chipset Family Power Management Controller
           +-1f.3  Intel Corporation 200 Series PCH HD Audio
           \-1f.4  Intel Corporation 200 Series/Z370 Chipset Family SMBus Controller

可知我们的一个盘挂在了 1d.0 上。把

lspci -vvv

的输出丢给 LLM, 可知：