PCI-Express協(xié)議傳輸層讀書筆記

PCIETLP層學(xué)習(xí)摘要北京炎強(qiáng)通信技術(shù)有限公司處理層協(xié)議（transactionLayerspecification）整理：捷馬 聯(lián)系我：giema@163.com2011-12-02目錄1．TLP概況 21.1四種空間： 21.2三種處理類型： 21.3兩種屬性： 31.4主要包格式： 31.5TLP通用包頭 42．TLP打包地址和路由導(dǎo)向方式 72.1Address尋址 72.2ID尋址方式 82.3處理層描述符（transactionDescriptor）： 103．i/o,memory,configuration,messagerequest、completetion詳解。 113.1MemoryRequestPackage 113.2I/ORequest包 123.3ConfigurationRequest包 133.4Message包： 133.5CompletionRules（應(yīng)答機(jī)制） 154．請(qǐng)求和應(yīng)答處理機(jī)制 164.1RequestHandlingRules 174.2CompletionHandling 185.virtualchannel(vc)Mechanism虛擬通道機(jī)制。 195.1TC/VC映射 205.2FlowControl 216．DataIntegrity數(shù)據(jù)完整性 221．TLP概況處理層（transactionLayerspecification）是請(qǐng)求和響應(yīng)信息形成的基礎(chǔ)。包括四種地址空間，三種處理類型，從下圖可以看出在transactionLayer中形成的包的基本概括。1.1四種空間：1.2三種處理類型：i/o口和memory的讀寫包（TLPS：transactionLayerspackages），配置寄存器的讀寫設(shè)置包信息包，描述通信狀態(tài)。作為事件的信號(hào)告知用戶。對(duì)memory的讀寫包分為讀請(qǐng)求包和響應(yīng)包、寫請(qǐng)求包（不需要存儲(chǔ)器的響應(yīng)包）。而i/o類型的讀寫請(qǐng)求都需要返回I/O口的響應(yīng)包，configuration包對(duì)配置寄存器的讀寫請(qǐng)求也有響應(yīng)包。這些請(qǐng)求包還可以按屬性來分類。1.3兩種屬性：NonPosted：即請(qǐng)求需要返回completion的響應(yīng)包；Posted：即不需要completion返回響應(yīng)包。例如上面的存儲(chǔ)器寫入請(qǐng)求包和Message包都隸屬于posted包。1.4主要包格式：每種類型的包都有一定格式的包頭（TlpHeader），根據(jù)不同的包的特性，還包括有效數(shù)據(jù)負(fù)荷（DataPayload）和tlp開銷塊（TlpDigest）。包頭中的數(shù)據(jù)用于對(duì)包的管理和控制。有效數(shù)據(jù)負(fù)荷域存放有效數(shù)據(jù)信息。具有數(shù)據(jù)的TLP傳遞是有一定規(guī)則的：以DW為長(zhǎng)度單位，發(fā)送端數(shù)據(jù)承載量不得超過“DeviceControlRegister”中的“Max_Payload_Size”數(shù)值，接收端中，所接收到的數(shù)據(jù)量也不能超過接收端“DeviceControlRegister”中的“Max_Payload_Size”數(shù)值。TLpDigest域是32位的ECRC校驗(yàn)。具體的包結(jié)構(gòu)圖如下：由此圖可看出數(shù)據(jù)從低字節(jié)的高位先發(fā)送，從左到右。以下詳細(xì)介紹TLPS的每個(gè)成分。1.5TLP通用包頭R為保留信息位，應(yīng)設(shè)為0，路由器switch對(duì)此位不做修改，接收器應(yīng)該忽略此位。Fmt[1:0]：FormatofTLP(seeTable2-2)–bits6:5ofbyte0Type[4:0]：TypeofTLP–bits4:0ofbyte0TC[2:0]:TrafficClass–bits[6:4]ofbyte1,關(guān)于TC的作用將在下文說明。Attr[1:0]:Attributes–bits[5:4]ofbyte2,詳細(xì)介紹見下文TD：1bindicatespresenceofTLPdigestintheformofasingleDWattheendoftheTLP標(biāo)志TLPDigest域的有無。EP:indicatestheTLPispoisoned–bit6ofbyte2有效數(shù)據(jù)中毒（出錯(cuò)）機(jī)制。Length[9:0]:LengthofdatapayloadinDW.Fmt開銷位說明TLPHeader的長(zhǎng)度和TLP是否包含數(shù)據(jù)，見下圖。Fmt[1:0]=00b,代表3DW的包頭，沒有數(shù)據(jù)。Fmt[1:0]=01b,代表4DW的包頭，沒有數(shù)據(jù)。Fmt[1:0]=10b,代表3DW的包頭，有數(shù)據(jù)。Fmt[1:0]=11b,代表4DW的包頭，有數(shù)據(jù)。Fmt[0]表示包頭格式是3長(zhǎng)字還是4長(zhǎng)字。Fmt[1]表示包頭是否包含數(shù)據(jù)。Fmt和Type開銷組合定義了包（TLP）的類型如下。上圖定義了各種類型的包，圖中的r[2:0]用于定義Message包的隱含尋址方式，在下文中更為詳細(xì)。Length域定義了有效負(fù)荷的DW長(zhǎng)度如下。在不包含datapayload塊的包中Length的值應(yīng)被設(shè)置為保留值R，并被接收端忽略。余下的各個(gè)開銷位將在后文提到。2．TLP打包地址和路由導(dǎo)向方式主要有三種TLP尋址方式：地址路由（address）、ID識(shí)別路由、間接路由（implicit）。下面主要解釋address和ID尋址方式，間接尋址將在后面提及。2.1Address尋址主要用于memory和i/orequest請(qǐng)求包，memory讀寫請(qǐng)求包支持64位地址和32位地址，i/o讀寫請(qǐng)求只支持32位地址64位地址尋址的TLPHeader有4DW（16字節(jié)），32位地址尋址的TLPHeader有3DW長(zhǎng)。上圖就是64位地址的4DW的包頭和32位地址的3DW的包頭。對(duì)于memory讀寫request包，AT（addressTypefield）有如下的編碼。2.2ID尋址方式主要用在configuration請(qǐng)求包、部分message包、響應(yīng)包中。ID包括Busnumber、Divcenumber、functionnumber為TLP定位目標(biāo)接收器。ID尋址的TLP包頭長(zhǎng)度也有4DW和3DW兩種，ID在TLP中位置見下圖。第七個(gè)Byte（Byte7）是第一個(gè)DW數(shù)據(jù)負(fù)荷和最后一個(gè)DW數(shù)據(jù)負(fù)荷使能位（ByteEnables），ByteEnables在于memory，i/o，configuration請(qǐng)求包中有效，如圖。對(duì)于lastDWBE和1stDWBE中的每一個(gè)位，為0表示相應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)不被讀或?qū)?，?表示相應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)有效。每個(gè)使能位相對(duì)應(yīng)的字節(jié)如下。2.3處理層描述符（transactionDescriptor）：對(duì)于兩種路由方式來說是通用的。用于請(qǐng)求器件和應(yīng)答器件間轉(zhuǎn)送處理層信息，包括三部分，TransacitonID、Attributes、Trafficclass（TC）。如下圖。其中TransactionID包括:RequesterID、Tag，如圖。Tag[7:0]是由產(chǎn)生請(qǐng)求包的器件生成的，如果請(qǐng)求器件需要應(yīng)答，則每個(gè)Tag[7:0]和FunctionNumber是獨(dú)一無二的。TransactionID是一個(gè)全局標(biāo)識(shí)符用于響應(yīng)包尋址請(qǐng)求器件。TC的規(guī)定如下，描述服務(wù)的層次和用于映射虛擬通道：處理層描述符在請(qǐng)求包中第二個(gè)DW：。中圖中看出，描述字符放在第二個(gè)DW的前三個(gè)字節(jié)中。3．i/o,memory,configuration,messagerequest、completetion詳解。memory、i/o、configurationrequest包頭除了基本的域之外還包括：TransactionID即requesterID、Tag、LastDWBE、1stDWBE，放在第二個(gè)DW中。以下分別介紹這三種不同的請(qǐng)求包。3.1MemoryRequestPackage采用直接地址尋址，有64bit地址和32bit地址兩種，其中讀請(qǐng)求包的Length域不應(yīng)大于Max_Read_Request_Size寄存器設(shè)置的值。請(qǐng)求器件不會(huì)示例一個(gè)所訪問的memory空間超過4KB的readrequest包。以下是兩種不同地址長(zhǎng)度的memoryrequest包。64位地址的包格式32位地址的包格式3.2I/ORequest包I/Orequest包只有32位地址尋址。有如下限制：TC[2:0]mustbe000bAttr[1:0]mustbe00bAT[1:0]mustbe00bLength[9:0]mustbe0000000001bLastDWBE[3:0]mustbe0000b格式如下：可見每次只傳送一個(gè)DW數(shù)據(jù)。3.3ConfigurationRequest包c(diǎn)onfigurationrequest包采用ID尋址方式，包頭（TlpHeader長(zhǎng)度是3DW）。有如下規(guī)定：?TC[2:0]mustbe000b?Attr[1:0]mustbe00b?AT[1:0]mustbe00b?[9:0]mustbe0000000001b?LastDWBE[3:0]mustbe0000b包格式：3.4Message包：Message包分為：INTxInterruptSignalingINTx中斷信息包PowerManagement電源管理機(jī)能。ErrorSignaling錯(cuò)誤信息包LockedTransactionSupport鎖住交易的支持SlotPowerLimitSupport插槽電源限制的支持Vendor-DefinedMessages制造商自行定義信息所有的Message包都用Msg編碼，即不包括數(shù)據(jù)負(fù)荷的Message包，除了Vendor_DefinedMessages和Set_Slot_Power_LimitMessage包，Message包有以下限制：TheMessageCodefieldmustbefullydecoded(Messagealiasingisnotpermitted).Exceptasnoted,theAttr[1:0]fieldisreserved.保留Attr域。AT[1:0]mustbe00b.Exceptasnoted,bytes8through15arereserved.保留包頭部分的bytes8到byte15.MessageRequestsarepostedanddonotrequireCompletion.Message包不需要返回響應(yīng)包。MessageRequestsfollowthesameorderingrulesasMemoryWriteRequests.尋址方式：隱含尋址，由Type域中的r[2:0]決定，即Type域的最后三位。具體尋址映射如下：r[2:0]是010時(shí)，尋址方式就是ID尋址。3.5CompletionRules（應(yīng)答機(jī)制）completion包用ID尋址方式，尋址使用的ID就是request提供的requesterID。除了那些正常的域以外，還包括：CompleterID[15:0]–IdentifiestheCompleter–describedindetailbelowCompletionStatus[2:0]–IndicatesthestatusforaCompletionBCM–ByteCountModifiedByteCount[11:0]–TheremainingbytecountforRequestTag[7:0]–incombinationwiththeRequesterIDfield,correspondstotheTransactionIDLowerAddress[6:0]–lowerbyteaddressforstartingbyteofCompletioncompl.Status位有如下含義：4．請(qǐng)求和應(yīng)答處理機(jī)制處理機(jī)制就是對(duì)接收到的經(jīng)DataLinkLayer進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證的Tlp進(jìn)行處理。無效的包將被拋棄，保留字（reserved）將被忽略。以下是處理流程：對(duì)所有的包分requesthandling和completionhandling，按不同的規(guī)范處理。4.1RequestHandlingRules如果請(qǐng)求是一個(gè)不支持的請(qǐng)求包，并且需要響應(yīng)，則CompletionStatus=UR，即不支持的請(qǐng)求。如果請(qǐng)求包是一個(gè)Message包則按Message包處理規(guī)則處理，否則對(duì)這個(gè)request進(jìn)行處理。如果請(qǐng)求違反器件編程定義則給出ca響應(yīng)，即響應(yīng)器件放棄該請(qǐng)求，否則做出正確應(yīng)答。4.2CompletionHandling如果接收到一個(gè)completion包的TransactionID和requester的TransactionID不一致則這個(gè)應(yīng)答包是非預(yù)期包。合法的應(yīng)答包將按Compl.Status域處理并提取有效數(shù)據(jù)負(fù)荷。5.virtualchannel(vc)Mechanism虛擬通道機(jī)制。虛擬信道（virtualchannel）在總線中提供用TC域來區(qū)分的虛擬信息通路，即某一傳輸通路，有不同的流程控制機(jī)制（FlowControl）。當(dāng)某流程控制出現(xiàn)擁塞時(shí)，其他通路依然暢通。VC有自己的獨(dú)立流控制，是實(shí)現(xiàn)Qos的秘訣。VC通道是解決擁塞的基礎(chǔ)。在Switch內(nèi)部，VC通道機(jī)制如下：5.1TC/VC映射每個(gè)TLP包并不包含具體的VC信息，VC是由TC映射得到的。每個(gè)器件的TC/VC映射是不同的，TC0/VC0是固定的。具體TC、VC映射如下：一個(gè)或多個(gè)TC映射到一個(gè)VC，同一個(gè)TC不能映射到不同的VC上，連接雙方的映射機(jī)制一致。除了TC0外，其他的可以軟件設(shè)置。鏈路兩端的映射方案要一致，如圖是一種映射方案。具體的虛擬通道是由VCID決定和識(shí)別的。5.2FlowControl每個(gè)虛擬通道有獨(dú)立的流程控制的緩沖空間。