芯?；ヂ?lián)接口規(guī)范 第2部分：協(xié)議層技術(shù)要求 征求意見稿

1GB/TXXXXX.2—XXXX芯?；ヂ?lián)接口規(guī)范第2部分：協(xié)議層技術(shù)要求本文件為芯粒互聯(lián)接口規(guī)范的第2部分：協(xié)議層技術(shù)要求，針對(duì)通用SoC總線協(xié)議、高帶寬存儲(chǔ)業(yè)務(wù)及自定義協(xié)議，定義相應(yīng)的報(bào)文傳輸和適配方式。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T9178集成電路術(shù)語GB/T14113半導(dǎo)體集成電路封裝術(shù)語3術(shù)語和定義“芯?；ヂ?lián)接口規(guī)范第1部分總則”中定義的術(shù)語適用于本文件。4縮略語“芯?；ヂ?lián)接口規(guī)范第1部分總則”中定義的縮略語適用于本文件。5協(xié)議層功能概述協(xié)議層與承載的特定業(yè)務(wù)類型相關(guān)，本規(guī)范針對(duì)典型應(yīng)用定義業(yè)務(wù)在本規(guī)范互聯(lián)接口上的傳輸方式，支持以下業(yè)務(wù)協(xié)議：a)支持AXI4.0/3.0總線協(xié)議。b)支持CHI總線協(xié)議。c)自定義協(xié)議：由用戶自定義協(xié)議，本規(guī)范互聯(lián)接口對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行透?jìng)?。?duì)于不同的上層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，協(xié)議層通過定義不同的適配處理機(jī)制進(jìn)行承載，如圖1所示。2GB/TXXXXX.2—XXXX圖1協(xié)議層對(duì)不同業(yè)務(wù)的承載其中協(xié)議層包括SoCBusAdapter和HAI/自定義處理單元，AXI及CHI總線類型數(shù)據(jù)都通過SoCBusAdapter進(jìn)行數(shù)據(jù)切分，切分后通過PAIF接口傳輸?shù)綌?shù)據(jù)鏈路層。HAI/自定義部分直接透?jìng)鞯轿锢韺优c數(shù)據(jù)鏈路層的CPIF接口。6對(duì)接SoC總線協(xié)議的通用傳輸要求支持SoC總線協(xié)議時(shí)，協(xié)議層把不同的總線協(xié)議信號(hào)封裝到Packet中進(jìn)行傳輸。本規(guī)范定義了對(duì)接總線協(xié)議傳輸?shù)腜acket數(shù)據(jù)格式。為了保證雙方正常通信，通信雙方應(yīng)使用一致的總線協(xié)議。協(xié)議層Packet傳輸至數(shù)據(jù)鏈路層后，由數(shù)據(jù)鏈路層將Packet封裝為Flit進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)傳輸格式如圖2所示。圖2SoC總線傳輸格式本規(guī)范采用固定的Packet大小格式承載SoC總線的數(shù)據(jù)，每個(gè)Packet的位寬P_Len與具體的SoC總線類型相關(guān)。協(xié)議層與數(shù)據(jù)鏈路層之間報(bào)文位寬為N*P_Len，其中N>0，具體值需根據(jù)物理層帶寬和不同的協(xié)議總線確定。Packet數(shù)據(jù)長(zhǎng)度與Flit的Payload長(zhǎng)度不一致時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路層將多個(gè)Packet進(jìn)行組合3GB/TXXXXX.2—XXXX或?qū)蝹€(gè)Packet進(jìn)行切分，以適配FlitPayload長(zhǎng)度。6.1Packet通用格式每種SoC總線分別定義了各自的業(yè)務(wù)通道，每個(gè)業(yè)務(wù)通道的位寬是固定的，本規(guī)范中使用VC(VirtualChannel)虛擬通道來標(biāo)識(shí)不同的總線業(yè)務(wù)通道，每個(gè)VC通過CN（ChannelNumber）業(yè)務(wù)通道號(hào)進(jìn)行區(qū)分，如圖3所示，每種CN固定對(duì)應(yīng)一種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)寬度。可針對(duì)每種SoC總線，分別定義各業(yè)務(wù)通道對(duì)應(yīng)的CN業(yè)務(wù)通道號(hào)。圖3SoC總線Channel格式6.2Packet數(shù)據(jù)拼接為了提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，需要?duì)SoC總線各個(gè)業(yè)務(wù)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接后再通過數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行傳輸。Packet數(shù)據(jù)的拼接應(yīng)符合本規(guī)范規(guī)定的拼接規(guī)則。規(guī)則一：業(yè)務(wù)通道號(hào)與數(shù)據(jù)長(zhǎng)度固定映射：各業(yè)務(wù)通道的通道號(hào)一旦確定，其對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)通道數(shù)據(jù)長(zhǎng)度則固定，即業(yè)務(wù)通道號(hào)和業(yè)務(wù)通道數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有唯一的映射關(guān)系。通過該機(jī)制，發(fā)送端不需要傳輸長(zhǎng)度信息，接收端通過業(yè)務(wù)通道號(hào)自動(dòng)識(shí)別該業(yè)務(wù)通道對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。規(guī)則二：業(yè)務(wù)通道數(shù)據(jù)邊界對(duì)齊：如圖4所示，不同業(yè)務(wù)通道的數(shù)據(jù)支持拼接到一個(gè)Packet中進(jìn)行傳輸，各個(gè)業(yè)務(wù)通道的數(shù)據(jù)在Packet中的位置應(yīng)按照8比特邊界對(duì)齊，非對(duì)齊部分通過填充無效數(shù)據(jù)進(jìn)行填充，填充數(shù)據(jù)（Padding）的內(nèi)容推薦為0。不同通道的排列順序，在具體協(xié)議要求中定義。圖4SoC總線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)邊界對(duì)齊規(guī)則三：?jiǎn)蝹€(gè)Packet的最大業(yè)務(wù)通道數(shù)量：?jiǎn)蝹€(gè)Packet中承載的業(yè)務(wù)通道數(shù)量不做限制，和業(yè)務(wù)通道的位寬和對(duì)齊位寬相關(guān)，實(shí)際應(yīng)用中綜合考慮各個(gè)業(yè)務(wù)通道數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)以及填充效率，選擇合適的業(yè)務(wù)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。規(guī)則四：剩余位寬不足時(shí)應(yīng)進(jìn)行Padding補(bǔ)齊：當(dāng)Packet數(shù)據(jù)剩余的位寬小于等于CN域的位寬時(shí)，該剩余位寬默認(rèn)為Padding。規(guī)則五：填充（Padding）通道：當(dāng)Packet中的數(shù)據(jù)無其它有效的業(yè)務(wù)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行填充時(shí)，可通過Padding通道進(jìn)行填充。Padding通道通過特殊的CN業(yè)務(wù)通道號(hào)（固定為0）進(jìn)行標(biāo)識(shí)，接收端接收到后，丟棄該業(yè)務(wù)通道的數(shù)據(jù)。Padding通道中的填充數(shù)據(jù)內(nèi)容推薦為0，接收端直接丟棄該數(shù)據(jù)。7對(duì)接AXI總線協(xié)議的傳輸要求本規(guī)范支持對(duì)接128bit的AXI4.0總線，支持AXI4.0總線協(xié)議所定義的五個(gè)業(yè)務(wù)通道（WADDR,RADDR,WDATA,RDATA,WRSP），支持一個(gè)Packet中傳輸多個(gè)業(yè)務(wù)通道的數(shù)據(jù)，支持業(yè)務(wù)通道之間的組合。在對(duì)接AXI總線時(shí)采用5bit的CN表示不同的業(yè)務(wù)通道號(hào)，采用32Byte的Packet長(zhǎng)度。同一個(gè)Packet4GB/TXXXXX.2—XXXX內(nèi)不同CN數(shù)據(jù)的排序推薦按CN號(hào)從小到大排列。本規(guī)范定義在對(duì)接AXI協(xié)議總線時(shí)，協(xié)議層與數(shù)據(jù)鏈路層報(bào)文數(shù)據(jù)寬度N*P_Len，其中N最小為3，即單位時(shí)間內(nèi)可以同時(shí)傳輸3個(gè)Packet數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)鏈路層。圖5AXI數(shù)據(jù)格式以下針對(duì)Packet格式和數(shù)據(jù)拼接進(jìn)行說明。a)AXI數(shù)據(jù)格式為了區(qū)分不同的AXI業(yè)務(wù)通道，使用5比特的業(yè)務(wù)通道號(hào)進(jìn)行區(qū)分，每個(gè)業(yè)務(wù)通道號(hào)對(duì)應(yīng)固定長(zhǎng)度的業(yè)務(wù)通道數(shù)據(jù)。其中用戶自定義信號(hào)位寬支持4/8/12/16bit位寬的檔位，在初始化階段由軟件配置兩端的實(shí)際使用位寬。業(yè)務(wù)通道業(yè)務(wù)通道號(hào)（CN）有效信息位寬（bit）備注填充通道01~251寫地址通道（AW）1107~115見“ADDR通道”說明讀地址通道（AR）2107~115見“ADDR通道”說明寫數(shù)據(jù)通道（WDATA）3149~157見“WDATA通道”說明讀數(shù)據(jù)通道（RDATA）4143~151見“RDATA通道”說明寫應(yīng)答通道（WRSP）514~22見“WRSP通道”說明1)ADDR通道寫地址通道（AW）和讀地址通道（AR）共用ADDR通道格式。其中用戶自定義信號(hào)位寬支持4/8/12/16bit位寬的檔位，在初始化階段由軟件配置兩端的實(shí)際使用位寬，以下以4bit為例描述。表2ADDR通道格式（以4bit用戶自定義信號(hào)位寬為例）信號(hào)說明位寬起始比特位置AWID/ARID寫地址ID/讀地址ID。80AWADDR/ARADDR寫地址/讀地址。8AWLEN/ARLEN突發(fā)長(zhǎng)度，表示每次突發(fā)傳輸?shù)膫鬏敶螖?shù)。8AWSIZE/ARSIZE突發(fā)大小，表示每次突發(fā)傳輸?shù)拇笮?80AWBURST/ARBURST寫突發(fā)類型/讀突發(fā)類型。283AWLOCK/ARLOCK寫鎖定類型/讀鎖定類型。2855GB/TXXXXX.2—XXXXAWCACHE/ARCACHE寫存儲(chǔ)器類型/讀存儲(chǔ)器類型。487AWPROT/ARPROT寫保護(hù)類型/讀保護(hù)類型。391AWQOS/ARQOS寫/讀服務(wù)質(zhì)量。594AWREGION/ARREGION區(qū)域表示符。498AWUSER/ARUSER用戶自定義信號(hào)。4總計(jì)————2)WDATA通道其中用戶自定義信號(hào)位寬支持4/8/12/16bit位寬的檔位，在初始化階段由軟件配置兩端的實(shí)際使用位寬，以下以4bit為例描述。表3WDATA通道格式（以4bit用戶自定義信號(hào)信號(hào)說明位寬起始比特位置WDATA寫數(shù)據(jù)。0WSTRB寫數(shù)據(jù)字節(jié)選通位。WLAST突發(fā)傳輸中最后一筆寫操作標(biāo)識(shí)。1WUSER用戶自定義。4總計(jì)————WDATA通道統(tǒng)一按照128bit位寬進(jìn)行定義，當(dāng)支持256bit總線時(shí)，需統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為128bit位寬。6GB/TXXXXX.2—XXXX3)RDATA通道其中用戶自定義信號(hào)位寬支持4/8/12/16bit位寬的檔位，在初始化階段由軟件配置兩端的實(shí)際使用位寬，以下以4bit為例描述。表4RDATA通道格式（以4bit用戶自定義信號(hào)位寬為例）信號(hào)說明位寬（bit）起始比特位置RDATA讀數(shù)據(jù)0RRESP讀響應(yīng)2RID讀數(shù)據(jù)ID8RLAST突發(fā)傳輸中最后一筆讀操作的標(biāo)識(shí)1RUSER用戶自定義4總計(jì)————RDATA通道統(tǒng)一按照128bit位寬進(jìn)行定義，當(dāng)支持256bit/512bit/1024bit總線時(shí)，需統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為128bit位寬。4)WRSP通道其中用戶自定義信號(hào)位寬支持4/8/12/16bit位寬的檔位，在初始化階段由軟件配置兩端的實(shí)際使用位寬，以下以4bit為例描述。表5WRSP通道格式（以4bit用戶自定義信號(hào)位寬為例）信號(hào)說明位寬（bit）起始比特位置BID寫響應(yīng)ID。80BRESP寫響應(yīng)。28BUSER用戶自定義信號(hào)。4總計(jì)————b)AXI數(shù)據(jù)拼接規(guī)則1)規(guī)則一：業(yè)務(wù)通道號(hào)與數(shù)據(jù)長(zhǎng)度固定映射通過5比特的CN定義不同的業(yè)務(wù)通道號(hào)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)有效長(zhǎng)度的映射關(guān)系，詳見“AXI數(shù)據(jù)格式”章節(jié)的說明。2)規(guī)則二：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)邊界對(duì)齊每個(gè)業(yè)務(wù)通道的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度需填充到數(shù)據(jù)邊界，以8比特為邊界，表6列出了各個(gè)業(yè)務(wù)通道需添加的填充比特?cái)?shù)量。表6AXI總線業(yè)務(wù)通道邊界填充業(yè)務(wù)通道業(yè)務(wù)通道號(hào)和業(yè)務(wù)·有效信息位寬（bit）填充比特?cái)?shù)（bit）寫地址通道（AW）0讀地址通道（AR）07GB/TXXXXX.2—XXXX寫數(shù)據(jù)通道（WDATA）6讀數(shù)據(jù)通道（RDATA）4寫應(yīng)答通道（WRSP）5以AW通道和AR通道在同一個(gè)Packet中傳輸為例，AXI數(shù)據(jù)邊界對(duì)齊如圖6所示。圖6AXI數(shù)據(jù)邊界對(duì)齊接收端通過CN業(yè)務(wù)通道號(hào)接收AW通道數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)邊界對(duì)齊規(guī)則識(shí)別到下一個(gè)CN業(yè)務(wù)通道號(hào)，繼續(xù)接收后面的業(yè)務(wù)通道數(shù)據(jù)。3)規(guī)則三：跨Packet傳輸當(dāng)要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)通道數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于Packet剩余可傳輸?shù)拈L(zhǎng)度時(shí)，可將業(yè)務(wù)通道數(shù)據(jù)拆分到兩個(gè)Packet中進(jìn)行傳輸。如圖7所示，WDATA通道無法在前一個(gè)Packet完成傳輸，根據(jù)當(dāng)前Packet的剩余長(zhǎng)度在前一個(gè)Packet傳輸139比特的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，剩余的16比特業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在后一個(gè)Packet中進(jìn)行傳輸。圖7AXI跨Packet傳輸4)規(guī)則四：最大業(yè)務(wù)通道數(shù)量根據(jù)AXI數(shù)據(jù)格式，每個(gè)Packet最大可傳輸256比特?cái)?shù)據(jù)，最短的業(yè)務(wù)通道為WRSP通道，按照8比特邊界對(duì)齊后為24比特長(zhǎng)度，可計(jì)算出每個(gè)Packet最多可傳輸256/24=10個(gè)業(yè)務(wù)通道。5)規(guī)則五：剩余位寬不足處理規(guī)則AXI的CN為5比特長(zhǎng)度，當(dāng)Packet中的剩余數(shù)據(jù)小于等于5比特時(shí)，則剩余數(shù)據(jù)默認(rèn)認(rèn)為是填充數(shù)據(jù)，接收端固定丟棄該填充數(shù)據(jù)。6)規(guī)則六：填充通道當(dāng)沒有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，可通過填充通道對(duì)Flit的數(shù)據(jù)進(jìn)行填充。填充通道的長(zhǎng)度可變，一直填充到Flit結(jié)束，當(dāng)整個(gè)Flit均沒有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，整個(gè)Flit的數(shù)據(jù)均使用填充通道進(jìn)行填充，如圖8所示。圖8AXI填充通道8GB/TXXXXX.2—XXXX8HAI協(xié)議要求高帶寬存儲(chǔ)訪問使用HAI協(xié)議格式進(jìn)行訪問，用戶可自定義實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總線到HAI協(xié)議的轉(zhuǎn)換，本規(guī)范中定義通過HAI協(xié)議實(shí)現(xiàn)高帶寬存儲(chǔ)訪問的機(jī)制。HAI協(xié)議完成從總線到CPIF接口的數(shù)據(jù)處理，本規(guī)范將其作為協(xié)議層一部分進(jìn)行描述。HAI幀格式由多個(gè)70比特的數(shù)據(jù)構(gòu)成，每個(gè)70比特稱為一個(gè)數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包對(duì)應(yīng)一個(gè)高帶寬存儲(chǔ)訪問通道，不同訪問通道之間相互獨(dú)立。數(shù)據(jù)包的格式不在本規(guī)范中進(jìn)行定義，詳見相應(yīng)產(chǎn)品手冊(cè)說明。HAI的Flit格式由payload和Tail兩部分組成，payload的長(zhǎng)度固定為180比特，tail長(zhǎng)度固定為10比特。HAI采用2個(gè)Flit傳輸5個(gè)數(shù)據(jù)包共350比特的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，其中第一個(gè)Flit中傳輸180比特，包括前2個(gè)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)以及第3個(gè)數(shù)據(jù)包的前40比特?cái)?shù)據(jù)。第二個(gè)Flit傳輸?shù)?個(gè)數(shù)據(jù)包的后30比特?cái)?shù)據(jù)以及后面2個(gè)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)，再添加10比特的保留數(shù)據(jù)（rsv）。HAIFlit數(shù)據(jù)直接與物理層進(jìn)行對(duì)接，HAI的Flit格式如圖9所示。圖9HAIFlit格式每個(gè)Flit的Tail域格式一樣，位寬固定為10比特。表7HAITail格式比特位置域說明