在電信、電力、國防等應用領域中，經常要求其所用設備有極高的實時性。當需要在各個設備間進行大容量的信息交換時，傳統的網絡包交換模式已不能很好地滿足實時性的要求。而借助于CPCI總線，兩個設備可以互訪對方的內存，具有傳輸速度快、傳輸容量大和高可靠性等特點，非常適合大容量的信息傳遞。國家數字交換系統工程技術研究中心承擔的國家863計劃項目——“中國第三代移動通信系統”CDMA2000系統集成就選擇基于CPCI總線的多SBC平臺。各個SBC間的通信效率直接決定了整個系統性能的高低。目前常用的實時操作系統如VxWorks、Lynx等，都針對CPCI總線實現了消息隊列，可用于SBC間的消息通信。但VxWorks、Lynx中消息傳遞的實現方式很不靈活，一般是通過在一個特定的SBC(通常為system board)中開啟一塊共享內存，其他各個SBC(通常為non system board)通過對共享內存的讀寫交換信息；每完成一次兩個non system SBC間的信息交換，都要進行一次PCI讀寫操作，效率不高。另外VxWorks、Lynx中的消息長度都有一個最大值，當要進行大數據量(如1GB的內存數據庫)的信息傳輸時，操作系統提供消息傳遞機制也無能為力。而以上這些問題，都可以通過任意兩個SBC間的直接內存訪問得到解決。本文首先介紹了PCI Bridge的工作原理；然后以Motorola公司提供的CPX8000系列工控機為例，討論了兩個SBC是如何基于背板(Backplane)上的CPCI總線，并利用PCI Bridge的地址映射機制，通過互訪內存的方式最終實現雙機通信" title="雙機通信">雙機通信；最后介紹了實際應用時應注意的性能優化問題。
1 PCI Bridge的工作原理
　　在簡單的計算機系統中，其擁有的外部設備較少，單級總線結構便能滿足系統的需要。但是由于單個 PCI總線可支持的 PCI 設備數量有電氣限制，對擁有大量外設的計算機系統而言，單級總線結構已不能滿足系統的要求，因此便產生了橋接設備。通過PCI-to-PCI Bridge可擴展出新的PCI總線，通過PCI-to-ISA Bridge可擴展出ISA總線。借助PCI Bridge這些特殊的PCI設備，系統中各級總線被粘和在一起，使整個系統成為一個有機整體。
　　每個PCI設備都有自己的PCI I/O空間、PCI內存空間和PCI配置空間(configuration space)。PCI設備的設備驅動程序對PCI配置空間進行初始化設置后，各個智能控制器如CPU、DMA控制器等，可以對PCI設備的PCI I/O空間、PCI內存空間進行訪問。在圖1中，CPU若要訪問網卡，首先會在PCI Bus0上生成一個物理地址，這個地址經PCI-to-PCI Bridge的過濾及轉換后，在PCI Bus1上產生一PCI Bus地址，網卡通過地址譯碼，響應對這個地址的訪問。

　　從這個過程可以了解到，PCI-to-PCI Bridge有兩種基本的功能：
　　(1)地址映射功能。雖然同是對網卡進行訪問，但PCI Bus0與PCI Bus1上的地址意義是不同的。兩個地址分屬各自的地址空間，通過PCI-to-PCI Bridge實現兩個地址的映射。根據這兩個地址是否相同，可將PCI-to-PCI Bridge區分為兩種類型：
　　·PCI-to-PCI Transparent Bridge。PCI Bridge不對PCI Bus0上的地址進行轉換，直接將其映射到PCI Bus1上。PCI Bus0與PCI Bus1上的地址是相同的。
　　·PCI-to-PCI Non Transparent Bridge。PCI Bus0上的地址必須經過PCI Bridge的轉換，才能映射到PCI Bus1上。PCI Bus0與PCI Bus1上的地址是不同的。
　　(2)地址過濾功能。PCI Bridge在把PCI Bus0上的地址向下游總線(ISA Bus、PCI Bus1)傳遞時，具有選擇性。在圖1中，CPU在PCI Bus0上所產生的地址，只有對SCSI和Ethernet的訪問，PCI-to-PCI Bridge才予以接收；而對于PCI Bus0的其他地址，PCI-to-PCI Bridge均不予響應。每一個PCI Bridge所響應的地址范圍，可形象地稱其為此PCI Bridge的地址窗口，只有當上游總線的地址落進PCI Bridge的地址窗口中，PCI Bridge才響應此地址并向下游總線傳遞。
2 雙機通信的具體實現
　　本節以Motorola公司提供的CPX8000系列工控機為例，介紹了如何通過CPCI總線實現雙機間的通信。如圖2所示，兩個SBC通過背板上的CPCI總線實現了物理上的連接。如果兩個SBC能夠互相訪問對方的內存，就可實現兩者間的數據交流。以系統處理機板" title="機板">機板(System Processor Board，又稱主機板" title="主機板">主機板)訪問非系統處理機板(Non-system Processor Board, 又稱子機板)內存為例，介紹雙機通信的具體實現。本方案已在Lynx及VxWorks實時操作系統上實現。

　　在圖2中，主機板CPU若要訪問子機板中的1MB" title="1MB">1MB內存單元，必須將這塊內存映射到主機板CPU的虛擬地址空間中，可以通過對主機板、子機板、主機板與子機板的接口配置來達到目的。此1MB的內存單元可被映射到不同的地址空間(如CPU虛擬地址空間、物理地址空間、本地PCI地址空間、系統CPCI地址空間等)，映射地址也各不相同。在圖2中，對于此1MB內存的起始單元在不同地址空間中的映射地址，分別用符號A1、A2、…A7表示。
2.1 子機板的配置
　　(1)調用內核內存分配函數申請1MB的內核虛擬地址空間，得到申請空間的開始地址A7。
　　(2)根據操作系統的內存映射關系，得到虛擬地址A7的物理映射地址A6。
　　(3)Raven ASIC是一個Host-to-PCI Bridge，因為Processor Bus不是一個標準總線，所以通過Raven將其轉換為PCI總線，以掛接各類PCI設備。CPU和Raven一起構成了一組套片(chipset)，配合使用。根據Raven的設置，獲得物理地址A6在Local PCI Bus的映射地址A5。
　　(4)21554是一PCI-to-PCI Non Transparent Bridge，并可進行雙向數據傳遞。通過其內部的兩個配置寄存器，將其地址窗口的大小設為1MB；地址窗口的起始地址在Local PCI Bus端設為A5。
2.2 主機板的配置
　　(1)申請大小1MB的內核虛擬地址空間，得到其開始地址A1。
　　(2)根據操作系統的內存映射關系，得到虛擬地址A1的物理映射地址A2。
　　(3)根據Raven的設置，得到物理地址A2在Local PCI Bus上的映射地址A3。
　　(4)21154是一PCI-to-PCI Transparent Bridge，它也可以在兩個方向上進行數據訪問。設置其內部的兩個配置寄存器，將其地址窗口的大小設為1MB；地址窗口的起始地址設置為A3。由于21154的透明性，地址A3與其在System CPCI Bus端的映射地址A4的值是相同的。
2.3 主機板與子機板的接口配置
　　在主機板端對子機板進行配置，設置21554的配置寄存器，將其在System CPCI Bus端的地址窗口開始地址設為A4。由于在Local PCI Bus端的地址窗口起始地址已設為A5，所以將地址A4映射到了地址A5。可以看到，由于21554的非透明性，使主機板與子機板的地址空間相互隔離，各自可獨立分配，并在System CPCI Bus級實現了對接。在主機板CPU看來，整個子機板與主機板網卡一樣，都是掛在主機板Local PCI Bus下的一個外設。對子機板的訪問與對主機板網卡的訪問方式是一樣的，沒有什么不同。
2.4 地址轉換流程
　　當所有的配置完成后，主機板CPU只對地址A1進行讀寫操作，便可實現對子機板1MB內存起始單元的訪問；對1MB內存中其他單元的訪問，只要將地址A1加上相應的偏移量即可。通過下面的地址轉換流程，可以清楚地看到各級地址是如何通過一級級映射，最終命中指定單元的。
　　主機板CPU給出虛擬內存訪問地址A1→主機板物理地址A2→主機板Local PCI Bus地址A3→System CPCI Bus地址A4→子機板Local PCI Bus地址A5→子機板物理地址A6→經Falcon Memory Controller譯碼后，選中所申請的1MB內存的起始單元。
　　從上述介紹可以看出，要想實現雙機的內存互訪，關鍵是要進行正確的地址映射。當要實現多個SBC間的相互訪問時，地址的映射會更復雜，需要對操作系統的地址空間分配、各個SBC的PCI-to-PCI Bridge設置、System CPCI Bus地址空間分配等進行通盤考慮。
3 性能優化
　　圖3、圖4是用VMETRO的總線分析儀截獲的數據。分別是在兩個SBC間進行讀寫訪問時，連續進行100 Byte傳輸的時間圖。