PCIe 6.0入门之事务层

PCIE 6.0 (三)

事务层

⊙transaction layer

作为协议的最高层，事务层的主要功能是：

• 流水线式完整拆分交易协议

• 区分事务层数据包 (TLP) 的排序和处理要求的机制

• 基于credit的流量控制

• 可选支持数据中毒和端到端数据完整性检测。

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Transaction Layer Overview

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PCIe 6.0 增加了一种新的传输模式 flit mode，而传统的传输模式就变成了non-flit mode。在传统模式中，TLP是不定长的，物理层中需要start end标志来标记数据包的头和尾。而且TLP和DLLP是工作在不同的层中，相互之间是独立的。

PCIe 6.0的flit mode借用了NoC中flit的概念（也可能不是借用，因为笔者是做NoC的，所以可能会有先入为主的影响），将多个TLP和一个DLLP的信息打包成一个大的数据帧，称为flit，数据的传输以flit为单位，每个flit固定为256Byte。需要注意的是，flit既不在事务层也不在数据链路层，而是在物理层，就好比NoC的flit是直接定义在物理总线上的，PCIe的flit是直接定义在物理层的lane中的.

事务层是请求者和完成者之间信息传输的基础。 在这层协议中定义了四个地址空间，并定义了不同的事务类型，每个都有自己独特的预期用途，如下所示

Memory Transactions

内存事务包括以下类型：

• 读取请求/完成

• 写请求

• 可延迟内存写入请求/完成

• 原子操作的请求/完成

I/O Transactions

PCI Express 支持 I/O 空间，以便与需要使用它们的旧设备兼容。 I/O 事务包括以下类型：

• 读取请求/完成

• 写请求/完成

Message Transactions

message事务，或简称为消息，用于支持设备之间事件的带内通信。除了协议中定义的特定消息外，PCI Express 还支持供应商定义的消息使用指定的消息代码。

事务层数据包格式

事务由请求和完成组成，它们使用数据包进行通信。数据包的域断可见下图，（一个数据包的大小如果为512Bit，则每个预断的值就是将512Bit的值按顺序填在下图的格式表中）。

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事务层协议 - 数据包定义

前面给大家介绍了TL的数据包格式由TLP Prefix、header，data组成。下面为大家介绍在每个小部分里不同域断的含义。

Header Fields For Non-Flit Mode

Fmt 字段指示一个或多个 TLP 前缀的存在，Type 字段指示相关的 TLP前缀类型。

• TLP Header 的 Fmt 和 Type 字段提供了确定剩余部分大小所需的信息。同时TLP 报头的 Fmt、Type、TD 和 Length 字段包含确定 TLP 非前缀部分的总体大小所需的所有信息。 Type 字段除了定义 TLP 的类型外，还决定了交换机如何路由 TLP。 以下各节将不同类型的 TLP。
• TC[2:0]：流量类别 (TC) 是一个 3 位字段，允许将事务区分为八个流量类别。 与 PCI Express 虚拟通道支持一起，TC 机制是实现差异化流量服务的基本要素。（TC0是表示此次传输的数据包优先级最高要优先通过） 每个 PCI Express 事务层数据包都使用 TC 信息作为在 PCI Express 结构中端到端携带的不变标签。 当数据包穿过结构时，此信息将在每个链路和每个交换机元素内使用，以做出有关正确处理流量的决策。 服务的一个关键方面是根据 TC 标签通过相应的虚拟通道路由数据包。
• R：保留；
• TLP Hints (TH)：TLP Hints，用以指示 TLP Header 中是否含有 TPH 及 TPH TLP Prefix。（具体参考PCIE协议介绍）
• Attr：Attributes，通过该字段提供附加信息给接收端，告知接收端采用非默认方式来处理当前 TLP，常用于 TLP 排序、Snoop 硬件一致性管理等方面。
• TD：TLP Digest，用以指示 TLP 末尾的 Digest 字段是否含有 ECRC。仅用于 NFM。FM 的 ECRC 相关指示放在了 TS。
• Error Poisoned：Error Poisoned，PCIe E2E 数据完整性相关，用以指示当前 TLP 的 Data Payload 被污染。
• Length[9:0]:Length，用以指示当前 TLP 的 Data Payload 长度，仅对带有 Data Payload 的 TLP 有效， 单位为 DW。

Data Payloads For Non-Flit Mode

ARI ： Alternative Routing-ID，用于Requester IDs，Completer IDs以及Routing ID。

ARI Device ： 与Upstream Port关联的设备，其Functions均包含 ARI Extended

ARI Downstream Port ： 支持 ARI 转发的Switch Downstream Port或Root Port。

( ARI(Alternative Routing-ID),备选路由ID。在PCIE中，往往数据包传输通过TLP的形式。这些TLP大致分为Memory Read/Write TLP , Configuration Read/Write TLP ,Completion TLP, Message TLP以及IO TLP。这些TLP从Request端到Completion端的过程叫做路由，而路由又大致分为两类地址路由和ID路由。

所有的ID路由中的ID包括Request端的bus number，device number以及function number。其中ID有16 bits，bus number 8 bits，device number 5 bits，function number 3 bits意味着支持8个function。

对于有些device功能比较复杂或者支持FBP技术的root port或者device，往往8个function不足以满足要求，这个时候就出现了ARI技术。将device number的5 bits也用作function，这样便可以由原来的8个function扩展到256个function。 )

• Length表示DW的数目，为整数
• 除了那些明确引用数据长度的消息,Length[9:0] 为所有Message保留
  （请参阅协议第 2.2.8 节中的Message Code表。）
• 有 data payload的 TLP 发送器不允许TLP Length字段给出的data payload长度超过发送器Device Control寄存器 Max_Payload_Size 字段中的值指定的DW长度。
• 对于ARI 设备，Max_Payload_Size 仅由Function 0 中的设置决定，忽略其他Function中的 Max_Payload_Size 设置。
• 如果一个非ARI Multi-Function Device(MFD)中的所有Functions 的Max_Payload_Size完全相同，如果有个Upstream Port与这个MFD相关联，它传输的 TLP data payload不得超过通用 Max_Payload_Size 设置。
• 如果一个非ARI Multi-Function Device(MFD)中的所有Functions 的Max_Payload_Size不完全相同，如果有个Upstream Port与这个MFD相关联，它传输的 TLP data payload不得超过我们自定义的 Max_Payload_Size 设置。
• 由 TLP 的 Length 字段给出的已接收 TLP 的data payload大小不得超过接收器设备Controller 寄存器的 Max_Payload_Size 字段中的值指定的长度。接收者必须检查是否违反此规则。 如果接收器确定 TLP 违反此规则，则该 TLP 是格式错误的 TLP，这是一个与接收端口相关的报告错误。
• 对于 ARI 设备，Max_Payload_Size 仅由Function 0 中的设置确定。其他Function中的 Max_Payload_Size 设置将被忽略。
• 如果一个非ARI Multi-Function Device(MFD)中的所有Functions 的Max_Payload_Size完全相同，如果有个Upstream Port与这个MFD相关联，接收器需要根据通用 Max_Payload_Size 的设置检查 TLP data payload大小。

1. 如果一个非ARI Multi-Function Device(MFD)中的所有Functions 的Max_Payload_Size不完全相同，如果有个Upstream Port与这个MFD相关联，接收器需要根据自定义的Max_Payload_Size 设置检查 TLP 的data payload。

对于包含数据的 TLP，Length字段中的值与 TLP 中包含的实际数据量必须匹配。同时，接收者必须检查是否违反此规则。 如果接收器确定 TLP 违反此规则，则该 TLP 是Malformed TLP，这是一个跟Receiving Port相关的Reported Error。（RTL实现中要实现的ERROR异常）