高級FPGA開發(fā)之PCIe IP core
一、PCIe IP核簡介
通過閱讀PCIe spec文檔瞭吃，可以看到UltraScale+器件Integrated Block For PCI Express解決方案IP核是具備高帶寬挨措、高可縮放性和高可靠串行互聯(lián)的解決方案，適用于UltraScale+器件。賽靈思在 UltraScale+ 架構(gòu)內(nèi)提供了 2 個 PCIe 集成塊：PCIE4 集
成塊和 PCIE4C 集成塊解取。
功能特性：
PCI Express端點(diǎn)、傳統(tǒng)端點(diǎn)或根端口模式返顺；
針對PCIe 4和PCIe 4c塊支持x1禀苦、x2、x4遂鹊、x8或x16鏈路帶寬以及Gen1振乏、Gen2和Gen3鏈路速度；
針對PCIe4C塊支持x1秉扑、x2慧邮、x4和x8鏈路帶寬以及Gen4的鏈路帶寬；
AXI4-Stream接口舟陆，可連接到客戶邏輯误澳；
高級錯誤報告（AER）和端到端CRC；
用于傳輸事務(wù)緩沖的塊RAM秦躯；
1個PCI Express虛擬通道和8個流量類忆谓；
最多支持4個PF和252個VF；
完全可配置的3x64位或6x32位基地址寄存器（bar）踱承；
-
支持所有中斷類型：
INTx
32多矢量MSI功能
含最多2048個矢量的MSI-X功能倡缠，具有可選內(nèi)置MSI-X矢量表；
-
內(nèi)置發(fā)起方讀取請求/完成標(biāo)簽管理器
支持最多256項(xiàng)未完成的發(fā)起方讀取請求傳輸事務(wù)
二茎活、PCIe IP核端口描述 --- CQ
2.1 Completer Request Interface
CQ端口將鏈路層收到的所有請求交付給user logic昙沦。
DW表示已經(jīng)配置的數(shù)據(jù)總線寬度（64、128或者256）妙色。
| port | IO | Width | description |
|---|---|---|---|
| m_axis_cq_tdata | O | DW | 從CQ接口輸出的數(shù)據(jù) |
| m_axis_cq_tuser | O | 88 | CQ用戶數(shù)據(jù)（這組數(shù)據(jù)包含所傳輸事務(wù)層（tlp）的邊帶信息。） |
| m_axis_cq_tlast | O | 1 | CQ數(shù)據(jù)的tlast指示 |
| m_axis_cq_tkeep | O | DW/32 | CQ數(shù)據(jù)的tkeep指示慧耍。 |
| m_axis_cq_tvalid | O | 1 | CQ數(shù)據(jù)有效身辨。 |
| m_axis_cq_tready | I | 1 | CQ數(shù)據(jù)就緒丐谋。 |
| pcie_cq_np_req | I | 2 | 輸入可控制內(nèi)部信用值，進(jìn)行選擇性反壓(00-無更改煌珊，01-增加1号俐，10/11-保留) |
| pcie_cq_np_req_count | O | 6 | 輸出的信用值，當(dāng)信用值為非0時定庵，才能通過完成器請求接口交付非轉(zhuǎn)發(fā)請求吏饿，該信用值飽和上限為32。 |
其中m_axis_cq_tuser中的邊帶信號描述：
| 索引 | 名稱 | Width | description |
|---|---|---|---|
| 3:0 | first_be[3:0] | 4 | 有效載荷的首個 Dword 的字節(jié)使能蔬浙。 |
| 7:4 | last_be[3:0] | 4 | 有效載荷的最后一個 Dword 的字節(jié)使能猪落。 |
| 39:8 | tyte_en[31:0] | 32 | 用戶邏輯可以選擇使用這些字節(jié)使能位來判定所傳輸?shù)陌挠行лd荷中的有效字節(jié)。 |
| 40:40 | sop | 1 | 包起始畴博。 |
| 41:41 | discontinue | 1 | 如果核在從其內(nèi)部 FIFO 存儲器讀取 TLP 有效載荷時檢測到不可糾正的錯誤笨忌，那么它會在 TLP 的最后一個節(jié)拍中斷言此信號有效。當(dāng)核發(fā)出此類錯誤信號時俱病，用戶應(yīng)用必須丟棄整個 TLP官疲。 |
| 42:42 | tph_present | 1 | 此位表示在通過接口交付的請求 TLP 中存在“Transaction Processing Hint (TPH)”（傳輸事務(wù)處理提示）。 |
| 44:43 | tph_type[1:0] | 2 | 當(dāng)請求TLP中存在TPH時亮隙，這2個位可提供與提示關(guān)聯(lián)的PH[1:0]字段的值 |
| 52:45 | tph_st_tag[7:0] | 8 | 當(dāng)請求TLP中存在tph時途凫，輸出可提供與提示關(guān)聯(lián)的8位導(dǎo)向標(biāo)簽 |
| 84：53 | parity | 32 | 位 i 可提供針對 m_axis_cq_tdata 的字節(jié) i 計(jì)算所得奇校驗(yàn)。 |
| 87：85 | reserved | 3 | 保留 |
注： 當(dāng)axis_tready和axis_tvalid均處于高位時溢吻，節(jié)拍采用總線傳輸维费。
2.2 Completer Request Interface Formats
描述符長度始終為16字節(jié)，并在請求包的前16字節(jié)內(nèi)發(fā)送煤裙。
當(dāng)所傳輸?shù)恼埱骉LP為存儲器讀取/寫入請求掩完、IO讀取/寫入請求或者原子操作（atomic operation）請求時，格式如下：
供應(yīng)商定義的報文完成器請求描述符：
對應(yīng)于ATS報文的完成器請求描述符：
對應(yīng)于所有其它報文的完成器請求描述符格式：
2.3 CQ字段說明
| 位索引 | 字段索引 | 描述 |
|---|---|---|
| 1:0 | AT 地址類型 | 僅適用于存儲器傳輸事務(wù)和原子操作硼砰。00-地址未轉(zhuǎn)換 01-傳輸事務(wù)為轉(zhuǎn)換請求 10-請求的地址已轉(zhuǎn)換的地址 11：保留 |
| 63:2 | "address" 地址 | 該字段用于存儲器且蓬、IO和原子請求，必須使用m_axis_cq_tuser的first_be位判定字節(jié)級別的地址 |
| 74:64 | "dword count"(dword計(jì)數(shù)) | 指示讀取或者寫入的塊大小题翰，對于報文有效范圍0-256恶阴，對于IO訪問，dword計(jì)數(shù)始終為1 |
| 78：75 | “request type”（請求類型） | 用于識別傳輸事務(wù)類型 |
| 95：80 | “request ID”（請求器ID） | 請求器ID豹障，[95:88]-bus number,[87:83]-device, [82:80]-function number冯事，如果是non-posted請求，那么用戶必須存儲該字段血公，并將完成數(shù)據(jù)一起重新發(fā)給集成塊 |
| 103：96 | “tag”（標(biāo)簽） | 與請求關(guān)聯(lián)的PCIe標(biāo)簽昵仅，如果是non-posted事務(wù)，用戶必須存儲該字段，然后一起重新返回block |
| 111：104 | “target function”（目標(biāo)功能） | PF/VF映射 |
| 114：112 | “BAR ID” | 僅適用于存儲器摔笤、IO和原子操作够滑，可為請求中的地址提供匹配的bar編號 |
| 120：115 | “BAR aperture” | 僅適用于存儲器、IO和原子操作吕世，提供與請求匹配的bar的間隙設(shè)置 |
| 123：121 | “traffic class” | 請求關(guān)聯(lián)的PCIe傳輸事務(wù)（TC）彰触，如果是non-posted，必須存儲該字段命辖，并將其與完成的數(shù)據(jù)一起返回集成塊 |
| 15：0 | “snoop latency”（嗅探時延） | 該字段定義僅適用于 LTR 報文况毅。它可提供報文的 TLP 報頭中的 16 位“Snoop Latency”（嗅探時延）字段的值。 |
| 111：104 | “message code”（報文代碼） | 該字段定義適用于所有報文尔艇。 |
| 114：112 | “message routing”（報文路由） | 該字段定義適用于所有報文尔许。這些位可提供來自 TLP 報頭的 3 位路由(Routing) 字段 r[2:0]。 |
| 15:0 | "destination ID"(目的ID) | 該字段僅適用于供應(yīng)商定義的報文漓帚。 |
2.4 傳輸事務(wù)類型
| request type | description |
|---|---|
| 0000 | 內(nèi)存讀請求 |
| 0001 | 內(nèi)存寫請求 |
| 0010 | IO讀請求 |
| 0011 | IO寫請求 |
三母债、PCIe IP核端口描述 --- CC
用戶應(yīng)用生成的完成包通過完成器完成（CC）接口端口來相應(yīng)發(fā)射的完成器請求〕⒍叮可以將所有non-posted傳輸事務(wù)作為獨(dú)立拆分的傳輸事務(wù)來處理毡们。
3.1 Completer Completion Interface
CC接口可持續(xù)接受請求器接口上的新請求，同時針對請求發(fā)送完成（completion）包昧辽。
completer completion interface(CC接口)上衙熔，將每個TLP均作為1個axi-stream數(shù)據(jù)包交付。
| 接口 | IO | 寬度 | 描述 |
|---|---|---|---|
| s_axis_cc_tdata | 輸入 | DW | 完成器完成數(shù)據(jù)總線 |
| s_axis_cc_tuser | 輸入 | 33 | 完成器完成用戶數(shù)據(jù)搅荞，TLP傳輸包含的邊帶信息 |
| s_axis_cc_tlast | 輸入 | 1 | 對應(yīng)完成器完成數(shù)據(jù)的tlast信號 |
| s_axis_cc_tkeep | 輸入 | DW/32 | 對應(yīng)完成器完成數(shù)據(jù)的tkeep信號 |
| s_axis_cc_tvalid | 輸入 | 1 | 完成器完成數(shù)據(jù)有效红氯。 |
| s_axis_cc_tready | 輸出 | 1 | 完成器完成數(shù)據(jù)就緒。 |
其中m_axis_cq_tuser中的邊帶信號描述：
| 位索引 | 名稱 | 寬度 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 0 | discontinue | 1 | 如果傳輸期間用戶應(yīng)用在所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中檢測到錯誤咕痛，并且需要中止該數(shù)據(jù)包痢甘，即可斷言此信號有效。 |
| 32：1 | parity | 32 | 256位數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)位 |
3.2 Completer Completion Interface Formats
user logic將完成器請求的完成數(shù)據(jù)作為axi4-stream包發(fā)送至集成塊cc接口茉贡。
每個數(shù)據(jù)包均以1個描述符開頭塞栅，在描述符后可包含有效載荷數(shù)據(jù)。描述符長度始終為12個字節(jié)腔丧，并且在完成包的前12字節(jié)內(nèi)發(fā)送放椰。
當(dāng)用戶應(yīng)用將請求的完成數(shù)據(jù)拆分為多個完成包（split completion）包后，它必須將每個拆分完成包作為獨(dú)立axi4-stream包隨描述符一起發(fā)送愉粤。
| 位索引 | 名稱 | 描述 |
|---|---|---|
| 6：0 | “l(fā)ower address”（低位地址） | 對于memory read complete包砾医，該字段必須設(shè)置所傳輸?shù)拇鎯ζ鞯钠鹗甲止?jié)地址的7個最低有效位 |
| 9：8 | “address type”（地址類型） | 該字段定義僅適用于存儲器傳輸事務(wù)和原子操作的完成包。user logic必須將AT位從對應(yīng)的請求描述符復(fù)制到該字段中衣厘。 |
| 28：16 | “byte count”（字節(jié)計(jì)數(shù)） | 這13個位可包含范圍在0 - 4096個字節(jié)內(nèi)的值如蚜。如果存儲器讀取請求已通過使用單一完成包完成，那么byte count值將以字節(jié)為單位表示“payload length”。IO讀取/寫完成包错邦，必須設(shè)置為4涎显。對于每個“Memory Read Completion”（存儲器讀取完成），“Byte Count”字段必須表明完成請求所需的剩余字節(jié)數(shù)兴猩，包括隨完成包返回的字節(jié)數(shù)。 |
| 29：29 | “l(fā)ocked read completion”（鎖定讀取完成） | 當(dāng)“l(fā)ocked read”（鎖定讀仍缧）請求的相應(yīng)中包含完成包時倾芝，必須設(shè)置該位，其他為0 |
| 42：32 | ”dword count“（dword計(jì)數(shù)） | 這11位表示當(dāng)前包的有效載荷大屑（以dword數(shù)為單位） |
| 45：43 | "completion status"（完成狀態(tài)） | 基于所完成包（completion）包的類型來設(shè)置晨另。000-完成，001-請求不支持（UR）002-完成器異常（CA） |
| 46：46 | “completion status”（完成狀態(tài)） | 此位可用于對所發(fā)送的tlp進(jìn)行毒化谱姓。針對所有完成包借尿，必須設(shè)置為0 |
| 63：48 | “requester ID”（請求器ID） | 與請求關(guān)聯(lián)的PCI請求器ID（從請求復(fù)制所得） |
| 71：64 | “tag”（標(biāo)簽） | 與請求關(guān)聯(lián)的PCIe標(biāo)簽（從請求復(fù)制所得） |
| 79：72 | “target/device number” | 完成器功能的器件和/或功能編號 |
| 87：80 | “completer bus number”（完成器總線編號） | 與完成器功能關(guān)聯(lián)的總線編號 |
| 88 | “completer ID enable”（完成器ID使能） | 端點(diǎn)模式設(shè)置為0 |
| 91：89 | “transaction class”TC（傳輸事務(wù)類） | 與請求關(guān)聯(lián)的PCIe傳輸事務(wù)類（TC），user logic從關(guān)聯(lián)的請求描述符TC復(fù)制 |
| 94：92 | 屬性 | 與請求關(guān)聯(lián)的PCIe屬性（從請求復(fù)制所得）屉来，92-"no snoop", 93-"relaxed oerdering", 94-"ID-based ording" |
| 95 | "force ECRC"（復(fù)制ECRC） | 強(qiáng)制執(zhí)行ECRC插入 |
四路翻、未完待續(xù)
下章將繼續(xù)介紹PCIe Hard IP rc和rq接口。
歡迎關(guān)注知乎：北京不北茄靠，+vbeijing_bubei
歡迎關(guān)注douyin：near.X （北京不北）
歡迎+V：beijing_bubei
獲得免費(fèi)答疑茂契，長期技術(shù)交流。
五慨绳、參考文獻(xiàn)
https://docs.xilinx.com/r/en-US/pg213-pcie4-ultrascale-plus
https://docs.xilinx.com/r/zh-CN/pg213-pcie4-ultrascale-plus
