• 參考資料：
  • Spartan 6 PCIE_V2.4 真教程（二）
  • 菜鳥5小時(shí)速成FPGA_PCIE設(shè)計(jì)高手教程.pdf
  • v6_pcie_ug517.pdf
  • PCI+EXPRESS體系結(jié)構(gòu)導(dǎo)讀.pdf
  • xapp1052.pdf

[TOC]

（一） 常見接口速度

（二）事務(wù)處理層協(xié)議理解

2.1 事物層空間說明

• 1屿笼、PCI配置空間 ：主要用于向系統(tǒng)提供設(shè)備自身的基本信息震糖，并接受系統(tǒng)對(duì)設(shè)備全局狀態(tài)的控制和查詢窃植。
• 2、I/O空間 ：主要包括設(shè)備的控制寄存器和狀態(tài)寄存器啤呼，一般用于控制和查詢設(shè)備的工作狀態(tài)以及少量數(shù)據(jù)的交換。
• 3呢袱、存儲(chǔ)器空間：主要包括內(nèi)存官扣、顯存、擴(kuò)展ROM羞福、設(shè)備緩沖區(qū)等惕蹄，一般用于存放大量數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)據(jù)塊交換。
• 4、消息空間 : 傳遞消息的時(shí)間信號(hào)機(jī)制空間卖陵。

2.2 配置空間概述

• PCI設(shè)備只有在系統(tǒng)軟件初始化配置空間之后遭顶，才能夠被其他主設(shè)備訪問。當(dāng)PCI設(shè)備的配置空間被初值化之后泪蔫，該設(shè)備在當(dāng)前的PCI總線樹上將擁有一個(gè)獨(dú)立的PCI總線地址空間棒旗，即BAR（Base Address Register）寄存器所描述的空間。

2.2.1 配置空間寄存器說明

• Vendor ID ： 代表PCI設(shè)備的生產(chǎn)廠商
• Device ID ： 代表PCI廠商所生成的具體設(shè)備
• Revision ID ： 記錄PCI設(shè)備的版本號(hào)鸥滨，可以看成Device ID寄存器的擴(kuò)展嗦哆。
• Class Code ：供系統(tǒng)軟件識(shí)別當(dāng)前PCI設(shè)備的分類。
  • Base Class Code ： 將PCI設(shè)備分類為顯卡婿滓、網(wǎng)卡老速、PCI橋等設(shè)備
  • Sub Class Code ： 對(duì)這些設(shè)備進(jìn)一步細(xì)分
  • Interface ： 編程接口
• Header Type：有8位，其中
  • 第7位：為1表示PCI設(shè)備為多功能設(shè)備凸主，為0表示單功能設(shè)備橘券。
  • 第6~0位：0：PCI Agent 設(shè)備的配置空間（普通PCI都此設(shè)置）；1：PCI橋使用的配置空間
• Subsystem ID卿吐，Subsystem Vendor ID：與Device ID 旁舰、Vendor ID功能類似，但是進(jìn)一步細(xì)分了嗡官。
• Capabilities Pointer ： PCIe設(shè)備必須支持此寄存器箭窜，存放一些與PCI設(shè)備相關(guān)的擴(kuò)展配置信息。
• Interrupt Pin ：PCI通過了4個(gè)中斷引腳INTA#衍腥，INTB#磺樱，INTC#，INTD#
• Base Address Register0~5 ： 保存PCI設(shè)備使用的地址空間的基地址婆咸，該基地址保存的是該設(shè)備在PCI總線域中的地址竹捉。
• Command：PCI設(shè)備的命令寄存器，在初始化時(shí)尚骄，值為0块差，此時(shí)該P(yáng)CI設(shè)備只能夠接受配置請求總線事物外，無法接受任何存儲(chǔ)器或者I/O請求倔丈。系統(tǒng)軟件需要合理設(shè)置該寄存器之后憨闰，才能訪問該設(shè)備的存儲(chǔ)器或I/O空間。（寄存器具體功能查看《PCI+EXPRESS體系結(jié)構(gòu)導(dǎo)讀》p49）
• Status :絕大多數(shù)是只讀位需五，保存PCI設(shè)備的狀態(tài)鹉动。

2.2.2 PCI總線配置概述

• Type00配置請求：與HOST主橋或PCI橋直接相連的PCI Agent設(shè)備或PCI橋。
• Type01配置請求：至少穿越一個(gè)PCI橋警儒，訪問沒有與其直接相連的PCI Agent設(shè)備或PCI橋训裆。

2.3 BAR空間概述

• PC啟動(dòng)后眶根，BIOS探測搜有的外設(shè)。對(duì)PCIe（PCI）設(shè)備來說边琉，BIOS檢測到板卡有多少個(gè)BAR空間属百，每個(gè)空間有多大，然后對(duì)應(yīng)為這些BAR空間分配地址变姨。對(duì)PCI設(shè)備來說族扰，它能“看”到PCIe板卡的空間只有BAR空間，也只能訪問這些BAR空間定欧。
• 板卡可以發(fā)送合法的 PCIe TLP 包渔呵，并得到 PC 端的響應(yīng)；但是 PC 端訪問板卡被局限在 BAR 空間內(nèi)砍鸠。

2.3.1 BAR空間與DMA空間映射關(guān)系例子

2.4 事物處理層概述

TLP（Transaction Layer Sepcification） 有三部分組成扩氢，幀頭、數(shù)據(jù)爷辱、摘要（或者稱 ECRC）录豺。 TLP 頭標(biāo)長 3 或者 4 個(gè) DW，格式和內(nèi)容隨事物類型變化饭弓；數(shù)據(jù)端為 TLP 幀頭定義下的數(shù)據(jù)段双饥，如果該 TLP 不攜帶數(shù)據(jù)，那該段為空弟断。 Digest段（ Optional）是基于頭標(biāo)咏花、數(shù)據(jù)字段計(jì)算出來的 CRC，成為 ECRC阀趴，一般 Digest 段由 IP 核填充昏翰。所以， PCIe 的處理在用戶層表現(xiàn)為處理 TLP 中頭標(biāo)和數(shù)據(jù)段舍咖。

2.4.1 存儲(chǔ)器讀矩父、寫請求TLP包頭格式

• Fmt與Type：規(guī)定事物類型锉桑、頭標(biāo)長度和是否有數(shù)據(jù)載荷排霉。
  

  
  

• Posted與Non-Posted包

  • Non-posted :即請求需要返回completion的響應(yīng)包；
  • Posted:即不需要completion返回響應(yīng)包民轴。例如上面的存儲(chǔ)器寫入請求包和Message包都隸屬于posted包攻柠。

• ** Length : 1~1024DW,當(dāng)值為0**：表示1024DW

• DW BE:
  

• Requester ID : 包含“生成這個(gè)TLP報(bào)文”的PCIe設(shè)備的總線號(hào)（Bus Number）、設(shè)備號(hào)（Device Number）后裸、功能號(hào)（Function Number）

• Tag：Requester ID瑰钮、Tag合起來組成Transaction ID，在同一時(shí)間段內(nèi)微驶，PCIe設(shè)備發(fā)出的每一個(gè)Non-Posted數(shù)據(jù)請求TLP浪谴，其Transaction ID必須唯一开睡。也就是Tag必須唯一。

2.4.2 完成包報(bào)文頭格式

• Byte0~3 與存儲(chǔ)器苟耻、配置請求報(bào)文對(duì)應(yīng)字段含義一致篇恒。
• Completer ID：該字段存放“發(fā)送完成報(bào)文”的PCIe設(shè)備的ID號(hào)。
• Byte Count 記錄源設(shè)備還需要從目標(biāo)設(shè)備中獲得多少字節(jié)的數(shù)據(jù)就能完成全部數(shù)據(jù)傳遞凶杖。
• Lower Address：接收端必須使用存儲(chǔ)器讀寫完成TLP的Low Address 字段胁艰，識(shí)別一個(gè)TLP中包含數(shù)據(jù)的起始地址。

2.3.3 配置讀寫請求報(bào)文頭格式

• 配置請求TLP第0_{7字節(jié)與存儲(chǔ)器請求類似智蝠，第8}11字節(jié)中的BUS腾么，Device和Function Number中存放該TLP訪問的目標(biāo)設(shè)備的相應(yīng)號(hào)碼。
• Ext Register和Reigister Number存放寄存器號(hào)杈湾。

• 配置請求報(bào)文的其他字段必須為一下值：

  
  
  
  

2.4.4 消息請求報(bào)文頭格式

• PCIe總線規(guī)定了一下幾類消息報(bào)文：

  • INTx Interrupt Signaling INTx中斷信息包
  • Power Management 電源管理機(jī)能解虱。
  • Error Signaling錯(cuò)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

• INTx 中斷消息報(bào)文