熱插拔功能的基本目的是，允許電路板和外殼進(jìn)行有序地活插拔,，而不影響系統(tǒng)的運行,。維修或更換有故障器件時通常要這么做，因為要安排好服務(wù)器停機時間以更換或者安裝外設(shè)卡通常很難,，當(dāng)然也不是不可能,。具有以這種方式插入或更換I/O設(shè)備的能力可避免系統(tǒng)停機或者至少可將系統(tǒng)停機時間縮到最短。該技術(shù)也可用于為系統(tǒng)的重新配置而增加新功能,。膝上型電腦用戶也需要熱插拔能力來更換有I/O功能的卡,，如裝在對接站的硬驅(qū)和通信口。

　　PCI規(guī)范2.1原來未計劃提供熱插拔應(yīng)用功能,，但是后來在1997年,，推出了PCI熱插拔規(guī)范1.0，定義了基本的平臺,、附加卡和軟件要求,。不過,，在解釋和執(zhí)行規(guī)范方面，卻給系統(tǒng)開發(fā)者和系統(tǒng)用戶預(yù)留了很大的靈活性,。另外,，未定義軟件可見寄存器組。2001年,，推出了一套新規(guī)范：PCI標(biāo)準(zhǔn)熱插拔控制器(SHPC)1.0和PCI熱插拔1.1,。這些規(guī)范更嚴(yán)格了用戶接口，并定義了標(biāo)準(zhǔn)寄存器組,，極大地提高了熱插拔軟件開發(fā)的兼容性,。

　　然而，由于PCI是多點共享總線,，用反射波開關(guān),，所以硬件有局限性?？偩€不隔離而插入器件是不可能的,。要解決這一問題，有兩種可能的選擇：依靠平臺實現(xiàn)可插入要求,，即熱插拔,，或依靠附加卡實現(xiàn)可插入的要求，即熱交換,。

　　兩種方法都有缺點,，可采用一些創(chuàng)新性的方法，如在卡插入系統(tǒng)前,，對PCI引腳預(yù)加電,，來避免如產(chǎn)生假信號這樣的問題，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性,。標(biāo)準(zhǔn)的PCI連接器引腳長度相同,，因此熱交換環(huán)境下，附加卡的加電順序無法達(dá)到,。為引腳,？錯方案的“緊湊型PCI”定義了一組新的連接器。這樣絕大多數(shù)限制解除了,，但是因為PCI是并行總線,，性能成了一個瓶頸?？偩€工作的頻率取決于總線負(fù)載,，總線上器件越多，總線速度就越慢,。最后,，由于PCI總線具有共享的特點,，經(jīng)受不住元件故障，這是因為總線上任何不穩(wěn)定的行為都會使總線上所有器件無法通信,。

　　PCI Express一開始就設(shè)計為具有熱插拔功能,。同樣，熱插拔寄存器也是PCIe功能的構(gòu)成部分,，使操作系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的熱插拔硬件寄存器接口,，該接口可通過PCIe總線的配置接入來存取。PCI Express也通過定義基本架構(gòu)水平的硬件要求的熱插拔功能,，而定義了一個標(biāo)準(zhǔn)的使用模型,。有了熱插拔控制的固有支持,，就能使創(chuàng)新的服務(wù)器模塊形狀在加電狀態(tài)下就可插入或拔掉,，不用打開機箱。

　　在基于PCIe的服務(wù)器系統(tǒng)中,，熱插拔插槽既可由芯片組也可由開關(guān)的下游口提供,。由于PCIe是點對點總線，根組件端口數(shù)有限,，通常要有開關(guān),，以進(jìn)行插槽擴展和創(chuàng)建。對軟件而言,，這些開關(guān)表現(xiàn)為PCI-PCI橋,，每個完成熱插拔插槽的口在橋結(jié)構(gòu)的空間都有各自的熱插拔寄存器組。這些寄存器向軟件報告有無已定義的熱插拔機制,，包含電源控制,、插槽指示器以及卡插入/移去、閉鎖打開/閉合和注意按鈕摁下的標(biāo)志,。把中斷上行數(shù)據(jù)流發(fā)送給根組件,，以此來通知軟件。通知選項是實現(xiàn)依賴型,。

　　PCIe開關(guān)開發(fā)者采用了兩種方法提供熱插拔支持,，選擇片上(圖1)或者選擇片外SHPC支持。第一種方法是把控制器邏輯和信令接口嵌入在開關(guān)中,，器件和插槽功能寄存器也在開關(guān)中實現(xiàn),。在片外SHPC方案中，沒有信令接口,，要求系統(tǒng)硬件設(shè)計師在電路板上加上附加電路,，通過FPGA或支持I2C的I/O擴展器來模擬熱插拔控制器。這樣會增加材料成本,，增大電路板空間,，同時增加設(shè)計的復(fù)雜性,。PLX技術(shù)PCIe開關(guān)就是一個片上SHPC方案的例子，所有需要的熱插拔狀態(tài)寄存器都集成在片上,，同時也給出了熱插拔方案要求的所有信號,。PLX開關(guān)支持3~8個熱插拔功能口，樣充分降低了實現(xiàn)需要SHPC功能的系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性,。

　　PCI Express熱插拔軟件支持功能取決于3個基本因素：固件支持,、器件驅(qū)動器支持和操作系統(tǒng)支持。這3個因素都必須支持熱插拔規(guī)范,，以使系統(tǒng)能完成附加卡插入和拔出,。

　　在上電自測試(POST)期間，加電時,，固件創(chuàng)建和加載某些程序和表格,。這些程序和表格的實現(xiàn)在“高級配置與電源接口固件規(guī)范”中已作了定義。固件也負(fù)責(zé)配置操作系統(tǒng)的系統(tǒng)地址空間,。固件將系統(tǒng)地址劃分為許多專用區(qū)域,，包括用于系統(tǒng)存儲器、系統(tǒng)I/O和PCI配置空間的區(qū)域,，這些都是PCI器件要求的,。固件地址映射通過操作系統(tǒng)支配這些映射的使用。

　　當(dāng)把PCIe端點插入PCIe開關(guān)插槽時,，開關(guān)產(chǎn)生激活中斷,，如“出現(xiàn)檢測改變的中斷”。根組件把中斷傳給總線驅(qū)動器,、Windows即插即用(PnP)管理程序和Windows電源管理程序,。Windows PnP管理程序依次請求PCI總線驅(qū)動器重新列舉PCI總線器件，這可能導(dǎo)致資源重新分配,。當(dāng)發(fā)現(xiàn)新設(shè)備時,，給相應(yīng)驅(qū)動器加載，然后初始化該設(shè)備并準(zhǔn)備處理I/O(如圖2所示),。

　　所有在Windows 2000和Windows XP上的熱插拔事件,，如插入、彈出和拔出都可能通過ACPI 1.0b處理,。Windows XP支持一種附加對象,，是在ACPI 2.0(the _HPP object)中引入的。這些操作系統(tǒng)僅限在單個總線段分配資源,，在運行時不能重新分配資源((I/O和存儲器孔),。因此，橋或開關(guān)的插入要求為開關(guān)及開關(guān)后設(shè)備分配多級資源。

　　只有當(dāng)預(yù)分配的資源足夠供給新設(shè)備時,，操作系統(tǒng)才能正確啟動器件,。如果要分配的資源不夠，特別是如果插入一個橋時,，操作系統(tǒng)通常不能在運行時間重新配置PCI-PCI橋,，以處理設(shè)備資源要求。

　　“固件ACPI規(guī)范3.0”通過提供支持操作系統(tǒng)能力(_OSC)方法和設(shè)備特定方法(_DSM)來解決此問題,。_OSC方法是一種機制,，用來定義硬件的父子依存關(guān)系，把這些關(guān)系傳送給操作系統(tǒng),，而_DSM是一種可選的ACPI控制方法,，能實現(xiàn)專用器件控制功能并允許OS忽略PCI設(shè)備引導(dǎo)配置。

　　Windows Vista是一種能發(fā)現(xiàn)PCI Express的OS,，支持多級重平衡,。多級重平衡能根據(jù)其后設(shè)備的資源要求來動態(tài)調(diào)節(jié)PCI橋窗口的大小。像_DSM這樣的方法允許平臺固件高負(fù)荷地為Windows XP和Server 2003引導(dǎo)配置設(shè)備,，而給Windows Vista提供了忽略引導(dǎo)配置資源的自由,，因此資源分配的靈活性更大,。這樣能使操作系統(tǒng)重新定位和/或擴展PCI橋資源窗口,，以適應(yīng)設(shè)備要求，否則這將是不可能,，這是由于引導(dǎo)設(shè)備要求的限制引起的,。因為Windows Vista中的多級重平衡代碼不再受必須維持系統(tǒng)引導(dǎo)配置資源的限制，所以運行更有效,。

　　總之,，PCIe在事務(wù)處理、數(shù)據(jù)鏈接和物理層方面具有很大的彈性,，加之其點對點的特性,，有助于基于PCIe的設(shè)計避免單點故障。所有這些特點,，加上PCIe固有的在硬件和OS級支持熱插拔的特性,，所有這些都表明PCIe正在進(jìn)入RAS的新紀(jì)元。