【PCIe 总线及设备入门学习专栏 5.1 -- PCIe 引脚 PRSNT 与热插拔】

Overview

Spec 定义的热插拔是把一个PCIe卡（设备）从一个正在运行的背板或者系统中插入/或者移除。这个过程需要不影响系统的其他功能。插入的新的设备可以正确工作。 显然，这里面需要考虑的问题有硬件和软件两方面的事情。

热插拔的基本目的是要让PCIe设备按照规定的顺序、原则，从系统中移除或插入到系统中来，并能正常的工作，且不影响系统的正常运行。

热插拔有三个重要的功能：

• 在线替换发生故障的PCIe设备。不需要关闭、重启系统。
• 热插拔器件，系统及其他功能服务继续运行，不受影响。
• 热插拔PCIe设备的相关驱动/软件自动加载/卸载。

Spec 中对于热插拔是这样定义的：

• Hot-Plug
  Insertion and/or removal of a card into an active backplane or system board as defined in PCI Standard Hot-Plug Controller and Subsystem Specification, Revision. 1.0. No special card support is required.

• Hot swap
  Insertion and/or removal of a card into a passive backplane. The card must satisfy specific requirements to support Hot swap.

注意，这里有两个相关概念，前面我们讲的热插拔，其实是广义的 “热插拔”。这里的 Hot-Plug，为了方便，我们叫做 PCIe
热插拔，也就是我们现在及后面将要讨论的内容。

Hot Swap，即热交换，也叫热切换，主要指的是CPCI（Compact PCI，紧凑型PCI）领域所使用的。关于 Hot Swap，CPCI有专门定义的一套规范，叫《CompactPCI® Hot Swap Specification》，也有中文版本，有兴趣的可以自行研究。 如无特别的指出，我们后续所说的热插拔都是指的是PCIe Hot-Plug。

顺便说一下：在PCI的年代，就已经提出了PCI的相关热插拔规范。2001年，PCI定义了PCI标准热插拔控制器(SHPC：PCI Standard Hot-plug Controller and Subsystem Specification)规范，PCIe沿用了这套规范。

硬件上看，一个新 的PCIe设备插入系统，肯定是需要硬件上支持识别到这个插入动作的。因此，Spec 定义了一个在位（Present）的pin脚，硬件上用作判断卡是否插入。

卡插入时，这个pin被拉低。当然，因为PCIe金手指的长度较长，插入卡时有可能前后高低差异。因此，需要有前后多个present pin来确保金手指完全插入。

PRSNT 与热插拔

如下图所示，PCIe背板卡槽的PRSNT1#接地，PRSNT2#连接到热插拔控制器，并上拉。

PCIe板卡的PRSNT#1信号连接到距离其最远的PRSNT2#引脚(PRSNT2#可能有多个)。需要注意的是，PRSNT引脚比其它引脚短1mm，这样可以保证插入和拔出时有1ms的时间差，从而确保上电、掉电时序符合规范。

当板卡插入时，其它引脚接触完成后，PRSNT#1先被拉低，PRSNT#2最后被拉低，然后PCIe背板的热插拔控制器认为板卡已被完全插入，开始启用相关信号。

PRSNT 硬件设计

当硬件需要支持热插拔时，PRSNT1#、PRSNT2#引脚必须按照规范连接，如果不支持热插拔(不用于服务器的板卡一般都不支持)则必须将PRSNT2#接地，如果悬空会导致背板插槽的PRSNT2#无法被拉低，从而导致板卡无法正常工作(仅出现于支持热插拔的PCIe背板)。

除了使用Present Pin之外，也可以通过链路的负载检测等来完成。也就是所谓带内检测在位。或者一些特殊的场景比如NT-NT背靠背，就没有Present信号。NT-NT的插入时，链路自动重新Link。

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