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2024年1月10日发(作者：diva联盟)
pcie（PCI-Express）处理层协议中文详解
处理层协议（transaction Layer specification）
◆TLP概况。
◆寻址定位和路由导向。
◆i/o,memory,configuration,message request、completion详解。
◆请求和响应处理机制。
◆virtual channel(vc)Mechanism虚拟通道机制。
◆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。
一类是对i/o口和memory的读写包（TLPS：transaction Layers
packages），另一类是对配置寄存器的读写设置包，还有一类是信息包，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就是：NP-non posted ，即请求需要返回completion的响应包；还有一种就是；poste，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。包的主要格式结构如下：
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：
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。
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，见下图。
▲
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和Type开销组合定义了包（TLP）的类型如下。
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。
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打包定址和路由导向方式
主要有三种TLP寻址方式：地址路由（address）、ID识别路由、间接路由（implicit）。下面主要解释address和ID寻址方式，间接寻址将在后面提及。
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。
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。
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。
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。
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。
处理层描述符（transaction Descriptor），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。
其中Transaction ID包括: Requester ID、Tag，如图。
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：
处理层描述符在请求包中第二个DW：
。中图中看出，描述字符放在第二个DW的前三个字节中。
三．i/o,memory,configuration,message request、completetion详解。
memory、i/o、configuration request包头除了基本的域之外还包括：Transaction ID即requester ID、Tag、Last DW BE、1st DW
BE，放在第二个DW中。以下分别介绍这三种不同的请求包。
memory request package：
采用直接地址寻址，有64bit地址和32bit地址两种，其中读请求
包的Length域不应大于Max_Read_Request_Size寄存器设置的值。请求器件不会示例一个所访问的memory空间超过4KB的read request包。以下是两种不同地址长度的memory request 包。
I/O request 包：
I/O request 包只有32位地址寻址。有如下限制：
▲
TC[2:0] must be 000b
▲
Attr[1:0] must be 00b
▲
AT[1:0] must be 00b
▲
Length[9:0] must be 00 0000 0001b
▲
Last DW BE[3:0] must be 0000b
格式如下：
可见每次只传送一个DW数据。
configuration request包：
configuration request包采用ID寻址方式，包头（Tlp
Header长度是3DW）。有如下规定：
• TC[2:0] must be 000b
• Attr[1:0] must be 00b
• AT[1:0] must be 00b
• [9:0] must be 00 0000 0001b
• Last DW BE[3:0] must be 0000b
包格式：
Message 包：
Message包分为：
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