pcie處理層協(xié)議中文詳解

1、pcie（PCI-Express）處理層協(xié)議中文詳解 處理層協(xié)議（transaction Layer specification）TLP概況。尋址定位和路由導(dǎo)向。i/o,memory,configuration,message request、completion詳解。請(qǐng)求和響應(yīng)處理機(jī)制。virtual channel(vc)Mechanism虛擬通道機(jī)制。data integrity數(shù)據(jù)完整性。 一TLP概況 處理層（transaction Layer specification）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transaction Layer

2、中形成的包的基本概括。一類是對(duì)i/o口和memory的讀寫(xiě)包（TLPS：transaction Layers packages），另一類是對(duì)配置寄存器的讀寫(xiě)設(shè)置包，還有一類是信息包，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(xiě)包分為讀請(qǐng)求包和響應(yīng)包、寫(xiě)請(qǐng)求包（不需要存儲(chǔ)器的響應(yīng)包）。而i/o類型的讀寫(xiě)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(xiě)請(qǐng)求也有響應(yīng)包。這些請(qǐng)求包還可以按屬性來(lái)分就是：NP-non posted ，即請(qǐng)求需要返回completion的響應(yīng)包；還有一種就是；poste，即不需要completion返回響應(yīng)包。例如上面的存儲(chǔ)器寫(xiě)

3、入請(qǐng)求包和Message包都隸屬于posted包。包的主要格式結(jié)構(gòu)如下： 每種類型的包都有一定格式的包頭（Tlp Header），根據(jù)不同的包的特性，還包括有效數(shù)據(jù)負(fù)荷（Data Payload）和tlp開(kāi)銷塊（Tlp Digest）。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(guò)“Device Control Register”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(guò)接收端“Device Control Register”中的“Max_Payload_S

4、ize”數(shù)值。TLp Digest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。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。 Fmt1:0：Format of TLP (see Table 2-2) bits 6:5 of byte0 Type4:0：Type of TLP bits 4:0 of byte 0 TC2:0: Traffic Class bits 6:4 of byte1,關(guān)于TC的作用將在下文說(shuō)明。 Attr1:0: Attributes bits 5:4 of

5、 byte 2,詳細(xì)介紹見(jiàn)下文 TD：1b indicates presence of TLP digest in the form of a single DW at the end of the TLP標(biāo)志TLPDigest域的有無(wú)。 EP: indicates the TLP is poisoned bit 6 of byte 2有效數(shù)據(jù)中毒（出錯(cuò)）機(jī)制。 Length9:0:Length of data payload in DW.Fmt開(kāi)銷位說(shuō)明TLP Header的長(zhǎng)度和TLP是否包含數(shù)據(jù)，見(jiàn)下圖。 Fmt1:0=00b,代表3DW的包頭，沒(méi)有數(shù)據(jù)。 Fmt1:0=01b,代表4D

6、W的包頭，沒(méi)有數(shù)據(jù)。 Fmt1:0=10b,代表3DW的包頭，有數(shù)據(jù)。 Fmt1:0=11b,代表4DW的包頭，有數(shù)據(jù)。Fmt和Type開(kāi)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r2:0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data payload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(kāi)銷位將在后文提到。 二TLP打包定址和路由導(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

7、址方式，間接尋址將在后面提及。address尋址主要用于memory和i/o request請(qǐng)求包，memory讀寫(xiě)請(qǐng)求包支持64位地址和32位地址，i/o讀寫(xiě)請(qǐng)求只支持32位地址。64位地址尋址的TLP Header有4DW（16字節(jié)），32位地址尋址的TLP Header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(xiě)request包，AT（address Type field）有如下的編碼。ID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Bus number、Divce number、funct

8、ion number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(jiàn)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（Byte Enables），Byte Enables在于memory，i/o，configuration 請(qǐng)求包中有效，如圖。對(duì)于last DW BE和1st DW BE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。處理層描述符（transaction Descriptor），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，Transaci

9、ton ID、Attributes、Traffic class（TC）。如下圖。其中Transaction ID包括: Requester ID、Tag，如圖。Tag7:0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)Tag7:0和Function Number是獨(dú)一無(wú)二的。Transaction ID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。 三i/o,memory,configuration,message request、completetion

10、詳解。memory、i/o、configuration request包頭除了基本的域之外還包括：Transaction ID即requester ID、Tag、Last DW BE、1st DW BE，放在第二個(gè)DW中。以下分別介紹這三種不同的請(qǐng)求包。memory request package：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(wèn)的memory空間超過(guò)4KB的read request包。以下是兩種不同地址長(zhǎng)度的memory request 包。I/O

11、request 包：I/O request 包只有32位地址尋址。有如下限制： TC2:0 must be 000b Attr1:0 must be 00b AT1:0 must be 00b Length9:0 must be 00 0000 0001b Last DW BE3:0 must be 0000b格式如下：可見(jiàn)每次只傳送一個(gè)DW數(shù)據(jù)。configuration request包：configuration request包采用ID尋址方式，包頭（Tlp Header長(zhǎng)度是3DW）。有如下規(guī)定： TC2:0 must be 000b Attr1:0 must be 00b AT1:

12、0 must be 00b 9:0 must be 00 0000 0001b Last DW BE3:0 must be 0000b包格式：Message 包：Message包分為： INTx Interrupt Signaling INTx中斷信息包 Power Management 電源管理機(jī)能。 Error Signaling錯(cuò)誤信息包 Locked Transaction Support 鎖住交易的支持 Slot Power Limit Support插槽電源限制的支持 Vendor-Defined Messages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)

13、負(fù)荷的Message包，除了Vendor_Defined Messages和Set_Slot_Power_Limit Message包，Message包有以下限制： The Message Code field must be fully decoded (Message aliasing is not permitted). Except as noted, the Attr1:0 field is reserved.保留Attr域。 AT1:0 must be 00b. Except as noted, bytes 8 through 15 are reserved.保留包頭部分的byte

14、s8到byte15. Message Requests are posted and do not require Completion.Message包不需要返回響應(yīng)包。 Message Requests follow the same ordering rules as Memory Write Requests.尋址方式：隱含尋址，由Type域中的r2:0決定，即Type域的最后三位。具體尋址映射如下：r2:0是010時(shí)，尋址方式就是ID尋址。 completion rules（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requester I

15、D。除了那些正常的域以外，還包括： Completer ID15:0 Identifies the Completer described in detail below Completion Status2:0 Indicates the status for a Completion BCM Byte Count Modified Byte Count11:0 The remaining byte count for Request Tag7:0 in combination with the Requester ID field, corresponds to the Transacti

16、on ID Lower Address6:0 lower byte address for starting byte of Completioncompl.Status位有如下含義： 四請(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)Data Link Layer進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證的Tlp進(jìn)行處理。無(wú)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request handling和completion handling，按不同的規(guī)范處理。Request Handling Rules：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Completion Status=U

17、R，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。completion handling： 如果接收到一個(gè)completion包的Transaction ID和requester的Transaction ID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。 五virtual channel(vc)Mechanism虛擬通道機(jī)制。虛擬信道（virtual channel）在總線中提供用TC域來(lái)區(qū)分的

18、虛擬信息通路，即某一傳輸通路，有不同的流程控制機(jī)制（Flow Control）。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：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VC ID決定和識(shí)別的?，F(xiàn)在介紹Flow Control，每個(gè)虛擬通道有獨(dú)立的流程控制的緩沖空間。在收發(fā)雙方，流程控制信息是用數(shù)據(jù)鏈路包（DLLP）打包發(fā)送的，其中的“VC ID“就是用來(lái)載送虛擬通道的識(shí)別。總的來(lái)說(shuō)，流程控制是由數(shù)據(jù)交易層（Transaction Layer）搭配了數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）來(lái)處理的，只是，處理層通常是針對(duì)接收到的TLP打包，生成TC，再由TC映射到VC。流程控制信息是FCP（Flow Control Package），即DLLP打包的一種。流程控