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.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。尋址定位和路由導向。i/o,memory,configuration,message request、completion詳解。請求和響應處理機制。virtual channel(vc)Mechanism虛擬通道機制。data integrity數(shù)據(jù)完整性。 一TLP概況 處理層（transaction Layer specification）是請求和響應信息形成的基礎。包括四種地址空間，三種處理類型，從下圖可以看出在transaction Layer 中形成的包的基本概括。一類是對i/o口和memory的讀寫包（TLPS：transaction Layers packages），另一類是對配置寄存器的讀寫設置包，還有一類是信息包，描述通信狀態(tài)，作為事件的信號告知用戶。對memory的讀寫包分為讀請求包和響應包、寫請求包（不需要存儲器的響應包）。而i/o類型的讀寫請求都需要返回I/O口的響應包，configuration包對配置寄存器的讀寫請求也有響應包。這些請求包還可以按屬性來分就是：NP-non posted ，即請求需要返回completion的響應包；還有一種就是；poste，即不需要completion返回響應包。例如上面的存儲器寫入請求包和Message包都隸屬于posted包。包的主要格式結構如下： 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)負荷（Data Payload）和tlp開銷塊（Tlp Digest）。包頭中的數(shù)據(jù)用于對包的管理和控制。有效數(shù)據(jù)負荷域存放有效數(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為長度單位，發(fā)送端數(shù)據(jù)承載量不得超過“Device Control Register”中的“Max_Payload_Size”數(shù)值，接收端中，所接收到的數(shù)據(jù)量也不能超過接收端“Device Control Register”中的“Max_Payload_Size”數(shù)值。TLp Digest域是32位的ECRC校驗。具體的包結構圖如下：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。以下詳細介紹TLPS的每個成分。R為保留信息位，應設為0，路由器switch對此位不做修改，接收器應該忽略此位。 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,關于TC的作用將在下文說明。 Attr1:0: Attributes bits 5:4 of byte 2,詳細介紹見下文 TD：1b indicates presence of TLP digest in the form of a single DW at the end of the TLP標志TLPDigest域的有無。 EP: indicates the TLP is poisoned bit 6 of byte 2有效數(shù)據(jù)中毒（出錯）機制。 Length9:0:Length of data payload in DW.Fmt開銷位說明TLP Header的長度和TLP是否包含數(shù)據(jù)，見下圖。 Fmt1:0=00b,代表3DW的包頭，沒有數(shù)據(jù)。 Fmt1:0=01b,代表4DW的包頭，沒有數(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。Length域定義了有效負荷的DW長度如下。在不包含data payload塊的包中Length的值應被設置為保留值R，并被接收端忽略。余下的各個開銷位將在后文提到。 二TLP打包定址和路由導向方式主要有三種TLP尋址方式：地址路由（address）、ID識別路由、間接路由（implicit）。下面主要解釋address和ID尋址方式，間接尋址將在后面提及。address尋址主要用于memory和i/o request請求包，memory讀寫請求包支持64位地址和32位地址，i/o讀寫請求只支持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。 上圖就是64位地址的4DW的包頭和32位地址的3DW的包頭。對于memory讀寫request包，AT（address Type field）有如下的編碼。ID尋址方式主要用在configuration 請求包、部分message包、響應包中。ID包括Bus number、Divce number、function number為TLP定位目標接收器。ID尋址的TLP包頭長度也有4DW和3DW兩種，ID在TLP中位置見下圖。第七個Byte（Byte7）是第一個DW數(shù)據(jù)負荷和最后一個DW數(shù)據(jù)負荷使能位（Byte Enables），Byte Enables在于memory，i/o，configuration 請求包中有效，如圖。對于last DW BE和1st DW BE中的每一個位，為0表示相應的數(shù)據(jù)字節(jié)不被讀或寫，為1表示相應的數(shù)據(jù)字節(jié)有效。每個使能位相對應的字節(jié)如下。處理層描述符（transaction Descriptor），用于請求器件和應答器件間轉送處理層信息，包括三部分，Transaciton ID、Attributes、Traffic class（TC）。如下圖。其中Transaction ID包括: Requester ID、Tag，如圖。Tag7:0是由產生請求包的器件生成的，如果請求器件需要應答，則每個Tag7:0和Function Number是獨一無二的。Transaction ID是一個全局標識符用于響應包尋址請求器件。TC的規(guī)定如下，描述服務的層次和用于映射虛擬通道：處理層描述符在請求包中第二個DW：。中圖中看出，描述字符放在第二個DW的前三個字節(jié)中。 三i/o,memory,configuration,message request、completetion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DW中。以下分別介紹這三種不同的請求包。memory request package：采用直接地址尋址，有64bit地址和32bit地址兩種，其中讀請求包的Length域不應大于Max_Read_Request_Size寄存器設置的值。請求器件不會示例一個所訪問的memory空間超過4KB的read request包。以下是兩種不同地址長度的memory request 包。I/O 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：可見每次只傳送一個DW數(shù)據(jù)。configuration request包：configuration request包采用ID尋址方式，包頭（Tlp Header長度是3DW）。有如下規(guī)定： TC2:0 must be 000b Attr1:0 must be 00b AT1:0 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 電源管理機能。 Error Signaling錯誤信息包 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)負荷的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bytes8到byte15. Message Requests are posted and do not require Completion.Message包不需要返回響應包。 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，尋址方式就是ID尋址。 completion rules（應答機制）：completion包用ID尋址方式，尋址使用的ID就是request提供的requester ID。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 Transaction ID Lower Address6:0 lower byte address for starting byte of Completioncompl.Status位有如下含義： 四請求和應答處理機制處理機制就是對接收到的經(jīng)Data Link Layer進行數(shù)據(jù)完整性驗證的Tlp進行處理。無效的包將被拋棄，保留字（reserved）將被忽略。以下是處理流程：對所有的包分request handling和completion handling，按不同的規(guī)范處理。Request Handling Rules：如果請求是一個不支持的請求包，并且需要響應，則Completion Status=UR，即不支持的請求。如果請求包是一個Message 包則按Message包處理規(guī)則處理，否則對這個request進行處理。如果請求違反器件編程定義則給出ca響應，即響應器件放棄該請求，否則做出正確應答。completion handling： 如果接收到一個completion包的Transaction ID和requester的Transaction ID不一致則這個應答包是非預期包。合法的應答包將按Compl.Status域處理并提取有效數(shù)據(jù)負荷。 五virtual channel(vc)Mechanism虛擬通道機制。虛擬信道（virtual channel）在總線中提供用TC域來區(qū)分的虛擬信息通路，即某一傳輸通路，有不同的流程控制機制（Flow Control）。當某流程控制出現(xiàn)擁塞時，其他通路依然暢通。VC有自己的獨立流控制，是實現(xiàn)Qos的秘訣。VC通道是解決擁塞的基礎。在Switch內部，VC通道機制如下：每個TLP包并不包含具體的VC信息，VC是由TC映射得到的。每個器件的TC/VC映射是不同的，TC0/VC0是固定的。具體TC、VC映射如下：一個或多個TC映射到一個VC，同一個TC不能映射到不同的VC上，連接雙方的映射機制一致。除了TC0外，其他的可以軟件設置。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決定和識別的?，F(xiàn)在介紹Flow Control，每個虛擬通道有獨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“就是用來載送虛擬通道的識別?？偟膩碚f，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）來處理的，只是，處理層通常是針對接收到的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。流程控制的信