PCI-E TLP学习笔记(1)

描述

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今天给大侠带来PCI-Express transaction Layer specification(处理层协议),本次PCIE TLP 学习经验分享分为三篇,今天带来第一篇TLP概况(四种空间、三种处理类型、两种属性、主要包格式、TLP通用包头)和TLP打包地址和路由导向方式(Address寻址、ID寻址方式、处理层描述符),话不多说,上货。 为了方便各位大侠浏览,下面列出三篇分享的大概内容目录介绍:

  • 一、TLP概况 
  • 1. 四种空间
  • 2. 三种处理类型
  • 3. 两种属性
  • 4. 主要包格式
  • 5. TLP通用包头
  • 二、TLP打包地址和路由导向方式
  • 1. Address寻址
  • 2. ID寻址方式
  • 3. 处理层描述符(transaction Descriptor)
  • 三、I/O,Memory,Configuration,Message Request、Completetion详解
  • 1. Memory Request Package
  • 2.  I/O Request 包
  • 3. Configuration Request包
  • 4. Message
  • 5. Completion Rules(应答机制)
  • 四、请求和应答处理机制
  • 1. Request Handling Rules
  • 2. Completion Handling
  • 五、virtual channel(vc)Mechanism虚拟通道机制
  • 1. TC/VC映射
  • 2. Flow Control
  • 六、Data Integrity数据完整性
  •  

一、TLP概况

处理层(transaction Layer specification)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transaction Layer 中形成的包的基本概括。

1. 四种空间:

寄存器

2. 三种处理类型

i/o口和memory的读写包(TLPS:transaction Layers packages)

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。

3. 两种属性

Non Posted: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。

4. 主要包格式

寄存器

每种类型的包都有一定格式的包头(Tlp Header),根据不同的包的特性,还包括有效数据负荷(Data Payload)和tlp开销块(Tlp Digest)。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“Device Control Register”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“Device Control Register”中的“Max_Payload_Size”数值。TLp Digest域是32位的ECRC校验。具体的包结构图如下:

寄存器

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。

5. TLP通用包头

寄存器

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]:Format of TLP (see Table 2-2) – bits 6:5 of byte0。

Type[4:0]:Type of TLP – bits 4:0 of byte 0。

TC[2:0]: Traffic Class – bits [6:4] of byte1,关于TC的作用将在下文说明。

Attr[1:0]: Attributes  – bits [5:4] of byte 2,详细介绍见下文。

TD:1b indicates presence of TLP digest in the form of a single DW at the end of the TLP标志TLPDigest域的有无。

EP: indicates the TLP is poisoned  – bit 6 of byte 2有效数据中毒(出错)机制。

Length[9:0]:Length of data payload in DW。  

Fmt开销位说明TLP Header的长度和TLP是否包含数据,如下图:

寄存器

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:

寄存器

  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:

寄存器

在不包含data payload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。

 

二、TLP打包地址和路由导向方式

地址路由(address)

ID识别路由

间接路由(implicit) 下面主要介绍address和ID寻址方式,间接寻址将在后面提及。

1. Address寻址

主要用于memory和i/o request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TLP Header有4DW(16字节),

32位地址寻址的TLP Header有3DW长。

寄存器

寄存器

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(address Type field)有如下的编码。

寄存器

2. ID寻址方式

主要用在configuration 请求包、部分message包、响应包中。ID包括Bus number、Divce number、function number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。

寄存器

寄存器

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(Byte Enables),Byte Enables在于memory,i/o,configuration 请求包中有效,如图。

寄存器

对于last DW BE和1st DW BE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。

寄存器

3. 处理层描述符(transaction Descriptor)

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,Transaciton ID、Attributes、Traffic class(TC),如下图。

寄存器

其中Transaction ID包括: Requester ID、Tag,如图。

寄存器

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Function Number是独一无二的。Transaction ID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:

寄存器

处理层描述符在请求包中第二个DW:

寄存器

从图中看出,描述字符放在第二个DW的前三个字节中。

第一篇到此结束,下次金带来第二篇,i/o,memory,configuration,message request、completetion(Memory Request Package、I/O Request 包、Configuration Request包、Message、Completion Rules(应答机制))等。

 

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