PCIe系列第四讲、TLP的路由方式

TLP的路由方式指的是TLP经过Switch或者PCIe桥片时采用哪条路径，最终到达EP或RC的方法。

PCIe总线继承了PCI总线的地址路由和ID路由方式，并新增了“隐式路由”方式。

存储器和IO读写操作请求TLP使用基于地址的路由方式，这种方式使用TLP中的Address字段进行路由选径，最终到达目的地。

配置读写报文、“Vendor_Defined Messages”报文、cpl、cplD报文使用基于ID路由方式，这种方式使用PCI总线号（Bus Number）进行路由路径选择，在Switch或多端口RC的虚拟PCI-to-PCI桥配置空间中，包含如何使用PCI总线号进行路由路径选择的信息。

隐式路由主要用于Message报文的传递，在PCIe总线中定义了一系列消息报文，包括“INTx Interrupt Signaling（中断信号）”、“Power Management Message（电源管理信息）”、“Error Signal Message（错误信息）”等报文，在这些报文中，除了“Vendor_Defined Messages”报文，其他所有信息报文都使用隐式路由方式。

隐式路由是指从下游端口到上游端口进行数据传递的使用路由方式，或者用于RC向EP发出广播报文。

Egress端口和Ingress端口

Egress端口指发送端口，即数据离开Switch使用的端口，ingress端口指的是接收端口即数据进入switch使用的端口（E，export）。

Egress端口和Ingress端口与上下游端口没有对应关系，在switch中，上下游端口可以作为Engress端口，也可以作为Ingress端口，如图所示，RC对EP3内部的寄存器进行读写操作时，Switch的上游端口为Ingress端口，下游端口为Egress。当EP3对主存储器进行DMA写操作时，该Switch的上游端口为Egress端口，而下游端口为Ingress端口。

上游端口和下游端口

在PCIe总线中，Switch是一个特殊的设备，该设备由一个上游端口和2~n个下游端口构成，PCIe总线规定：在一个switch中可以与RC（Root Complex）直接或者间接相连的端口为上游端口，在PCIe总线中，RC的位置一般位于上方，这也是上游端口的由来。

在switch中除了上游端口外，其他所有的端口都被称为下游端口，下游端口一般与EP相连，或者链接下一级switch继续扩展PCIe链路，其中与上游端口相连的PCIe链路称为上游链路，与下游端口相连的PCIe链路称为下游链路。

基于地址的路由

在PCIe总线中，存储器读写和I/O读写TLP使用基于地址的路由方式。

当一个TLP进行数据传递时，可能会经过多级Switch，最终到达目的地。Switch将根据存储器读写或者IO读写请求TLP的目的地址将报文传递到合适的Egress端口上。一个Switch包含几个端口，就包含几个虚拟PCI-to-PCI桥。

在虚拟PCI-to-PCI桥的配置空间中，包含一个桥片能够接受的物理地址范围，PCIe总线通过这个物理地址实现基于地址的路由，这段配置寄存器如下图所示，当系统软件初始化PCI总线时，将合理的设置这些寄存器，之后当TLP通过这些Switch时将根据这些寄存器选择合适的路径。

上图中的配置寄存器的配置过程由上位机完成，该配置寄存器描述了该虚拟PCI-to-PCI桥下游PCI子树使用的三组空间范围，分别为I/O、存储器、可预取的存储器空间，分别用Base和Limit两类寄存器描述，Base表示可访问空间的基地址，Limit表示可访问的空间的大小，一定要通过查询这组寄存器后，再决定传送路径。

基于ID的路由

在PCIe总线中，基于ID的路由方式主要应用于配置读写TLP和Cpl、CplD报文，此外Vender_Defined消息报文也可以使用这种基于ID的路由方式。

基于ID的路由方式和基于地址的路由方式有较大的不同，两者的TLP头格式也存在着较大的区别：

基于ID路由的TLP使用Bus Number、Device Number和Function Number进行路由寻址。

PCIe总线规范规定，在一个PCI总线域空间中，最多只能有256条总线，因此在一个TLP中，Bus Number由8位组成；而在一条总线中最多包含32个设备，因此TLP中的Device Number由5位组成；而每个设备最多包含8个功能，所以一个TLP的Function Number由3位组成。

配置读写请求TLP是基于ID路由的一组重要报文，其主要作用是读写PCIe总线的EP、Switch、PCIe桥片的配置寄存器，已完成PCIe总线的配置，在处理器上电后对PCIe系统进行枚举，为PCIe总线分配总线号，并设置Switch、EP、PCI桥的配置，如Limit寄存器组、Base寄存器组、BAR寄存器、Primary Bus Number、Secondary Bus Number、Subordinate Bus Number等配置参数。

隐式路由

PCIe总线相对于PCI总线的一大改进便是消除了大量的边带信号，这正是通过Message的机制来实现的。

PCIe中心规定消息请求报文使用隐世路由方式，在PCIe总线中，有许多消息是直接发向RC或者来自RC的广播报文，这些报文不使用地址或ID进行路由，而是使用Msg或MsgD报文的Routing字段（｛Fmt，Routing｝）进行路由，这种路由方式称为隐式路由。所有采用隐式路由的TLP头都是4DW的，如下所示：

其中，type字段决定了隐式路由的类型，具体如下所示：

000b:路由到RC

001b:使用地址路由

010b:使用ID路由

011b:来自RC的广播报文（隐式路由）

100b:本地消息，在接收端结束（Legacy使用此种报文格式传递来自PCI总线的中断报文）

101b:用于PCIe电源管理。

110b~111b:reserved

当一个报文使用隐式路由向EP传送时，EP将对routing字段进行检查，如果这个报文是“来自RC的广播报文”或者“本地报文”，EP将接收此报文。

如果Switch接收到一个隐式路由的TLP时，Switch将根据Route字段的不同而分别处理。如果Switch上游端口接受了一条来自于RC的广播信息，则将该报文发送所有的下游端口；如果Switch接收到一条来自下游端口发向RC的报文时，Switch直接转发到上游端口，直至RC；如果Switch接收到一条使用隐式路由方式的本地消息报文，则Switch将接收并终结此报文，不再上传或下推。

如果RC接收到一个使用隐式路由的TLP时，将根据Route字段而分别处理这些TLP，如果该Route字段为3’b000 or 3’b101，RC将接收该TLP，并作相应的处理；如果为3’b100，RC将接收该报文，并结束该TLP报文的传递。