PCIe(一)、PCIe PIO分析一

一、PCIe基础知识

1.1 关于接口

PCIe2x接口，对比其他系列，该接口包含2对发送与接收接口，

数据部分包含双向八个接口：

PETp0与PETn0：发送器差动线对，通道0

PETp1与PETn1：发送器差动线对，通道1

PERp0与PERn0：接收器差动线对，通道0

PERp1与PERn1：接收器差动线对，通道1

故链路宽度为2，有几对链路差分对链路宽度即为多大。

1.2 TLP包

1.2.1 AXI-Stream总线上的数据

在赛灵思7系列FPGA中，使用AXIStream总线进行通信，PCIe的TLP包使用AXI总线传输，在AXI总线上数据大端对齐，即高位数据在地址的高位，在传输时AXIS总线上的数据形式：

图1.1 3DW_TLP包

图1.2 4DW_TLP包

What’s more，TLP是Transaction Layer Packet事务层包的检测，关于其详细内容可查看PICe的物理结构，主要是事务层（TransactionLayer）、数据链路层（Data LinkLayer）和物理层（PhysicalLayer）。

事务（处理）层：高层事务源事务源与传送设备的设备核心，结束于接收设备的设备核心，处理层是组装出站处理层数据包的起点，也是接收层拆解入站TLP的终点。在发送数据时，处理层根据设备核心的请求构建TLP头、数据有效载荷和摘要。在发送TLP给数据链路层之前，先使用流控制信任和排列规则，也就是查看接收方有没有足够的接收信用（空间），排列规则就是对任务进行类似优先级处理，确保数据发送的有效执行。

数据链路层：在接收来自事务层的TLP时候，会给其分配一个序列号，并且计算该TLP的链路CRC（包含序列号），然后将TLP传送到物理层。

物理层：进行字节拆分、加扰、编码和串行处理，并在数据包上添加STP和END控制（K）字符，之后从链路的发送端发出数据包。

接收器对数据的处理即为以上的反向操作，但是数据链路层计算CRC检查接受的数据出错时，接收器的数据链路层会发出一个Nack DLLP，通知发送器数据发送错误，此时保存在发送器的数据链路层重放缓冲区的TLP副本就会再次处理并进行发送。

1.2.2 TLP头的格式

上图中标准的TLP包中包含TLP头、TLP数据（DATA）和TLP Digest(摘要)。R表示reserved，保留。

TLP头中，根据头可以确定的事物参数有：事务类型、预期的接受者的地址和ID等、传送的有效数据负载大小（单位：DW）、顺序属性、缓存一致性属性、流量类别。

TLP数据（DATA）：可选字段，0~1024DW，0~4kb。

TLP Digest(摘要)：可选，头中的TD位决定，大小总是一个DW（32bit），用于ECRC和数据中毒。

Fmt+Type:组合表示传输的TLPpacket的类型。

TC：表示流量类别，从流量类别0~流量类别7，即000~111,用于在进行传输时进行VC传输等级仲裁。

TH:为1时表示当前TLP中含有TPH（没搞懂什么作用）

TD:是否有TLP摘要

EP:数据负载是否有效，poisoned

AT:地址转换，有PCIe总线的地址转换相关（也没太搞懂）

Attr：属性，位于字节2的[5:4]，位[5]设置是否采用灵活的顺序，当设置为1时，对于此TLP使用灵活的顺序（Realxed-order）.

在使用强序模型时，在数据的整个传送路径中，PCIe设备在处理相同类型的TLP时，如PCIe设备发送两个存储器写TLP时，后面的写TLP必须等待前一个存储器写TLP完成后才能被处理，几遍当前报文在传输过程中阻塞，后一个报文也必须等待。但是对于不同类型的TLP间可以乱序通过同一条PCIe链路。

在使用Realaxed Ordering模型时，后一个写TLP可以越过前一个存储器写TLP提前执行，从而能提高PCIe总线利用率。

Attr的位[1]，表示No Snoop Attribute，该位为0时表示当前TLP所传送的数据在通过FSB时需要和Cache保持一致。

1.2.3 TLP的路由

TLP的路由指的是TLP通过Switch或者PCIe桥片时采用哪一条路景，最终到达EP或者RC（Root Complex，跟联合体）的方法，一共有三种：基于地址的路由、基于ID的路由和隐式路由方式。

基于地址路由：存储器和IO读写请求。

基于ID路由：配置读写报文、Cpl和CplD报文，该方式使用PCIe总线好进行路由路径 选择，在switch或者多端口RC的P2P（PCI to PCI）桥配置空间中，使用PCI总线号进行路由路径的选择。

隐式路由：Message报文的传递，指的是从下游端口到上游端口进行数据传递所使用的的路由方式，或者用于RC向EP发出广播报文。注意和物理层通信的控制字K字符区分。

1.3 32bit与64bit操作

寻址空间一般指的是CPU对于内存寻址的能力，也就是最多用到多少个内存的问题，数据在RAM中的存放是有规律的，CPU在运算时根据地址寻找数据的过程就是寻址操作，但是如果地址太多就超出了CPU的寻址能力。

CPU的寻址能力以字节为单位，如32位寻址的CPU可以寻址2的32次方大小的地址也就是4Gb，1kb=1024byte,1mb=1024kb,1gb=1024mb。