PCI-Express协议传输层读书笔记

PCIETLP层学习摘要北京炎强通信技术有限公司处理层协议（transactionLayerspecification）整理：捷马 联系我：giema@163.com2011-12-02目录1．TLP概况 21.1四种空间： 21.2三种处理类型： 21.3两种属性： 31.4主要包格式： 31.5TLP通用包头 42．TLP打包地址和路由导向方式 72.1Address寻址 72.2ID寻址方式 82.3处理层描述符（transactionDescriptor）： 103．i/o,memory,configuration,messagerequest、completetion详解。 113.1MemoryRequestPackage 113.2I/ORequest包 123.3ConfigurationRequest包 133.4Message包： 133.5CompletionRules（应答机制） 154．请求和应答处理机制 164.1RequestHandlingRules 174.2CompletionHandling 185.virtualchannel(vc)Mechanism虚拟通道机制。 195.1TC/VC映射 205.2FlowControl 216．DataIntegrity数据完整性 221．TLP概况处理层（transactionLayerspecification）是请求和响应信息形成的基础。包括四种地址空间，三种处理类型，从下图可以看出在transactionLayer中形成的包的基本概括。1.1四种空间：1.2三种处理类型：i/o口和memory的读写包（TLPS：transactionLayerspackages），配置寄存器的读写设置包信息包，描述通信状态。作为事件的信号告知用户。对memory的读写包分为读请求包和响应包、写请求包（不需要存储器的响应包）。而i/o类型的读写请求都需要返回I/O口的响应包，configuration包对配置寄存器的读写请求也有响应包。这些请求包还可以按属性来分类。1.3两种属性：NonPosted：即请求需要返回completion的响应包；Posted：即不需要completion返回响应包。例如上面的存储器写入请求包和Message包都隶属于posted包。1.4主要包格式：每种类型的包都有一定格式的包头（TlpHeader），根据不同的包的特性，还包括有效数据负荷（DataPayload）和tlp开销块（TlpDigest）。包头中的数据用于对包的管理和控制。有效数据负荷域存放有效数据信息。具有数据的TLP传递是有一定规则的：以DW为长度单位，发送端数据承载量不得超过“DeviceControlRegister”中的“Max_Payload_Size”数值，接收端中，所接收到的数据量也不能超过接收端“DeviceControlRegister”中的“Max_Payload_Size”数值。TLpDigest域是32位的ECRC校验。具体的包结构图如下：由此图可看出数据从低字节的高位先发送，从左到右。以下详细介绍TLPS的每个成分。1.5TLP通用包头R为保留信息位，应设为0，路由器switch对此位不做修改，接收器应该忽略此位。Fmt[1:0]：FormatofTLP(seeTable2-2)–bits6:5ofbyte0Type[4:0]：TypeofTLP–bits4:0ofbyte0TC[2:0]:TrafficClass–bits[6:4]ofbyte1,关于TC的作用将在下文说明。Attr[1:0]:Attributes–bits[5:4]ofbyte2,详细介绍见下文TD：1bindicatespresenceofTLPdigestintheformofasingleDWattheendoftheTLP标志TLPDigest域的有无。EP:indicatestheTLPispoisoned–bit6ofbyte2有效数据中毒（出错）机制。Length[9:0]:LengthofdatapayloadinDW.Fmt开销位说明TLPHeader的长度和TLP是否包含数据，见下图。Fmt[1:0]=00b,代表3DW的包头，没有数据。Fmt[1:0]=01b,代表4DW的包头，没有数据。Fmt[1:0]=10b,代表3DW的包头，有数据。Fmt[1:0]=11b,代表4DW的包头，有数据。Fmt[0]表示包头格式是3长字还是4长字。Fmt[1]表示包头是否包含数据。Fmt和Type开销组合定义了包（TLP）的类型如下。上图定义了各种类型的包，图中的r[2:0]用于定义Message包的隐含寻址方式，在下文中更为详细。Length域定义了有效负荷的DW长度如下。在不包含datapayload块的包中Length的值应被设置为保留值R，并被接收端忽略。余下的各个开销位将在后文提到。2．TLP打包地址和路由导向方式主要有三种TLP寻址方式：地址路由（address）、ID识别路由、间接路由（implicit）。下面主要解释address和ID寻址方式，间接寻址将在后面提及。2.1Address寻址主要用于memory和i/orequest请求包，memory读写请求包支持64位地址和32位地址，i/o读写请求只支持32位地址64位地址寻址的TLPHeader有4DW（16字节），32位地址寻址的TLPHeader有3DW长。上图就是64位地址的4DW的包头和32位地址的3DW的包头。对于memory读写request包，AT（addressTypefield）有如下的编码。2.2ID寻址方式主要用在configuration请求包、部分message包、响应包中。ID包括Busnumber、Divcenumber、functionnumber为TLP定位目标接收器。ID寻址的TLP包头长度也有4DW和3DW两种，ID在TLP中位置见下图。第七个Byte（Byte7）是第一个DW数据负荷和最后一个DW数据负荷使能位（ByteEnables），ByteEnables在于memory，i/o，configuration请求包中有效，如图。对于lastDWBE和1stDWBE中的每一个位，为0表示相应的数据字节不被读或写，为1表示相应的数据字节有效。每个使能位相对应的字节如下。2.3处理层描述符（transactionDescriptor）：对于两种路由方式来说是通用的。用于请求器件和应答器件间转送处理层信息，包括三部分，TransacitonID、Attributes、Trafficclass（TC）。如下图。其中TransactionID包括:RequesterID、Tag，如图。Tag[7:0]是由产生请求包的器件生成的，如果请求器件需要应答，则每个Tag[7:0]和FunctionNumber是独一无二的。TransactionID是一个全局标识符用于响应包寻址请求器件。TC的规定如下，描述服务的层次和用于映射虚拟通道：处理层描述符在请求包中第二个DW：。中图中看出，描述字符放在第二个DW的前三个字节中。3．i/o,memory,configuration,messagerequest、completetion详解。memory、i/o、configurationrequest包头除了基本的域之外还包括：TransactionID即requesterID、Tag、LastDWBE、1stDWBE，放在第二个DW中。以下分别介绍这三种不同的请求包。3.1MemoryRequestPackage采用直接地址寻址，有64bit地址和32bit地址两种，其中读请求包的Length域不应大于Max_Read_Request_Size寄存器设置的值。请求器件不会示例一个所访问的memory空间超过4KB的readrequest包。以下是两种不同地址长度的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位地址寻址。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：可见每次只传送一个DW数据。3.3ConfigurationRequest包configurationrequest包采用ID寻址方式，包头（TlpHeader长度是3DW）。有如下规定：•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包分为：INTxInterruptSignalingINTx中断信息包PowerManagement电源管理机能。ErrorSignaling错误信息包LockedTransactionSupport锁住交易的支持SlotPowerLimitSupport插槽电源限制的支持Vendor-DefinedMessages制造商自行定义信息所有的Message包都用Msg编码，即不包括数据负荷的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.保留包头部分的bytes8到byte15.MessageRequestsarepostedanddonotrequireCompletion.Message包不需要返回响应包。MessageRequestsfollowthesameorderingrulesasMemoryWriteRequests.寻址方式：隐含寻址，由Type域中的r[2:0]决定，即Type域的最后三位。具体寻址映射如下：r[2:0]是010时，寻址方式就是ID寻址。3.5CompletionRules（应答机制）completion包用ID寻址方式，寻址使用的ID就是request提供的requesterID。除了那些正常的域以外，还包括：CompleterID[15:0]–IdentifiestheCompleter–describedindetailbelowCompletionStatus[2:0]–IndicatesthestatusforaCompletionBCM–ByteCountModifiedByteCount[11:0]–TheremainingbytecountforRequestTag[7:0]–incombinationwiththeRequesterIDfield,correspondstotheTransactionIDLowerAddress[6:0]–lowerbyteaddressforstartingbyteofCompletioncompl.Status位有如下含义：4．请求和应答处理机制处理机制就是对接收到的经DataLinkLayer进行数据完整性验证的Tlp进行处理。无效的包将被抛弃，保留字（reserved）将被忽略。以下是处理流程：对所有的包分requesthandling和completionhandling，按不同的规范处理。4.1RequestHandlingRules如果请求是一个不支持的请求包，并且需要响应，则CompletionStatus=UR，即不支持的请求。如果请求包是一个Message包则按Message包处理规则处理，否则对这个request进行处理。如果请求违反器件编程定义则给出ca响应，即响应器件放弃该请求，否则做出正确应答。4.2CompletionHandling如果接收到一个completion包的TransactionID和requester的TransactionID不一致则这个应答包是非预期包。合法的应答包将按Compl.Status域处理并提取有效数据负荷。5.virtualchannel(vc)Mechanism虚拟通道机制。虚拟信道（virtualchannel）在总线中提供用TC域来区分的虚拟信息通路，即某一传输通路，有不同的流程控制机制（FlowControl）。当某流程控制出现拥塞时，其他通路依然畅通。VC有自己的独立流控制，是实现Qos的秘诀。VC通道是解决拥塞的基础。在Switch内部，VC通道机制如下：5.1TC/VC映射每个TLP包并不包含具体的VC信息，VC是由TC映射得到的。每个器件的TC/VC映射是不同的，TC0/VC0是固定的。具体TC、VC映射如下：一个或多个TC映射到一个VC，同一个TC不能映射到不同的VC上，连接双方的映射机制一致。除了TC0外，其他的可以软件设置。链路两端的映射方案要一致，如图是一种映射方案。具体的虚拟通道是由VCID决定和识别的。5.2FlowControl每个虚拟通道有独立的流程控制的缓冲空间。