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2.事務層說明
2.1. 事務層概述
下圖爲事務層在PCIE整體結構中的示意圖
從一個較高的層級來看，事務層所涉及的關鍵內容包括：
- 一種流水線的完全拆分事務協議
- 用於區分事務層數據包（TLP）的排序和處理需求的機制
- 基於信用的流控制
- 用於數據中毒檢測和端到端數據完整性檢測的可選支持
事務層主要包括如下內容：
-
構建和處理TLP
-
與設備資源相關的事務層機制，包括：
-
流控制
-
虛擬通道管理
- 用於TLP排序和管理的規則
- 與PCI/PCI-X兼容的排序方式
- 包括流類別的劃分
2.1.1. 地址空間、事務類型和用法
“事務”是在請求者和完成者之間進行信息傳輸的基礎。下表中定義了四種地址空間和不同的事務類型，每種地址空間都有其特有的用法。
| 地址空間 | 事務類型 | 基本用法 |
|---|---|---|
| 內存（memory） | 讀/寫 | 向內存映射的地址傳輸數據 |
| I/O | 讀/寫 | 向I/O映射的地址傳輸數據 |
| 配置（configuration） | 讀/寫 | 設備功能配置/設置 |
| 消息（message） | 基線 | 從事件信令機制到通用消息 |
2.1.1.1.內存事務
內存事務包括如下類型：
- 讀請求/讀完成
- 寫請求
- 請求/完成的原子操作
內存事務使用了兩種不同的地址格式：
- 短地址格式：32位地址
- 長地址格式：64位地址
2.1.1.2. I/O事務
PCIE支持I/O空間，以兼容老設備的使用需求。未來可能會不再使用I/O空間。I/O事務包括如下類型：
- 讀請求/讀完成
- 寫請求/寫完成
I/O事務僅使用一種地址格式：
- 短地址格式：32位地址
2.1.1.3.配置事務
配置事務用於訪問設備的配置寄存器。
配置事務包括如下類型：
- 讀請求/讀完成
- 寫請求/寫完成
2.1.1.4.消息事務
消息事務或簡稱消息，用於支持設備之間事件的帶內通信。
除了規定的消息之外，PCIE還支持由廠商定義的使用特定消息格式的消息。
2.1.2.數據包格式概述
事務由”請求“和”完成“構成，並使用數據包進行通信。下圖展示了TLP的結構，主要由一個或多個可選的TLP前綴、一個TLP頭部、一個數據負載和一個可選的TLP摘要構成。
如上如所示，從概念上而言，PCIE將信息按照序列化的字節流進行傳輸。注意，在字節層面來看，將最先傳輸上圖中的最左邊的字節。
下圖展示了TLP前綴、TLP頭部和TLP摘要的細節內容。其中，爲了提高串行互聯的性能，對頭部的佈局進行了優化，以滿足首先傳輸對時間要求最嚴格的信息的需求。例如，在TLP頭部中，在地址域中最高位字節首先被傳輸，以儘早用於地址解碼。
根據數據包的類型，數據包頭部將會包括如下類型的域：
-
數據包格式
-
數據包類型
-
任何相關數據的長度
-
事務描述符，包括：
a.事務ID
b.屬性
c.流類型 -
地址/路由信息
-
字節使能
-
消息編碼
-
完成狀態
2.2.事務層協議：數據包定義
對於在鏈路上相互通信的兩個組件，PCIE將使用基於數據包的協議在事務層進行信息交換。PCIE支持如下基本的事務類型：內存、I/O、配置和消息。內存請求支持兩種地址格式：32位和64位。
事務是使用“請求”和“完成”展開的。“完成”是按需使用的，例如，爲了返回讀取的數據，或爲了確認I/O完成以及配置寫事務。“完成”與它們所對應的請求相關聯，這種關聯可通過數據包頭部中的事務ID域的值確定。
當構建一個TLP時，對於TLP中標記了“保留”(簡寫爲“R")的域，必須使用”0"進行填充。接收者必須忽略這些保留域中的值，交換器在進行轉發時也不能進行修改。值得注意的是，某些域可能同時是“定義的”和“保留的”——對於這些情況的保留值需要單獨處理。
2.2.1.常見的數據包頭部域
所有事務層數據包（TLP）的前綴和頭部都包含如下域，如下圖所示：
- Fmt[2:0]，TLP格式（見Table 2-2)，字節0的7~5位
- Type[4:0]，TLP類型，字節0的4~0位
Fmt域表示存在一個或多個TLP前綴，類型域表示了相關的TLP前綴類型。
TLP頭部的Fmt和類型域中提供了用於確定TLP頭部其餘部分大小的信息，還可以用於說明數據包在頭部之後是否包含了數據負載。
TLP頭部中的Fmt、類型、TD和長度域，包含了用於確定TLP中非前綴部分整體大小的所有信息。類型域除了定義了TLP的類型之外，還確定了交換器將如何路由該TLP。
- Table 2-3中給出了Fmt[2:0]和Type[4:0]所允許的值。
- TC[2:0]，流類型，字節1的6~4位
- TH，在TLP頭部中用於表示存在TLP處理提示（TLP Processing Hints，TPH），以及可選的TPH TLP前綴（如果有），字節1的第0位
- Attr[1:0]，屬性，字節2的5~4位
- Attr[2]，屬性，字節1的第2位
- TD，表明在TLP末尾，存在構成單個DW的TLP摘要，字節2的第7位
- EP，表明TLP中毒了，字節2的第6位
- Length[9:0]，DW中的數據負載長度，包括字節2中的1~0位和字節3中的7~0位
a.TLP數據必須4字節對齊，並按4字節（Double Words，DW）增長
b.爲不包含或引用數據有效載荷的TLP保留 ，包括Cpl，CplLk和消息
2.2.2. 帶數據負載的TLP：規則
-
Length必須爲整數個DW
-
Length[9:0]爲所有消息所保留，除了那些顯示給出數據長度的消息
-
由TLP 長度域指定的發送方數據負載長度，不能超過發送方設備控制寄存器Max_Payload_Size域所指定的長度
- 對於ARI設備，Max_Payload_Size僅有Function 0設定。其他Function中的Max_Payload_Size設定將被忽略
- 對於一個和非ARI多功能設備相關的上游端口，如果Max_Payload_Size的設定在所有Function中都是一樣的，發送的TLP數據負載不能超過這個通用的Max_Payload_Size設定
- 對於一個和非ARI多功能設備相關的上游端口，如果Max_Payload_Size的設定在所有Function中不全相同，發送的TLP數據負載不能超過特定的Max_Payload_Size設定
a.實現Transmitter時，儘量使用由產生事務的Function中所設定的Max_Payload_Size，或者所有Function中最小的Max_Payload_Size
b.軟件不能在不同Function中設定不同的Max_Payload_Size，除非軟件知曉具體的實現
- 注意：Max_Payload_Size僅在具有數據負載的TLP中使用；內存讀請求的長度不受Max_Payload_Size的限制。內存讀請求的大小由Length域控制。
- 接收到的TLP的數據負載長度由TLP的長度域指定，該長度不能超過由接收者的設備控制寄存器所指定的Max_Payload_Size大小
- 接受者必須驗證這一規則是否被違背。如果接受者確定一個TLP違背了該規則，那麼這個TLP就是一個畸形的TLP。
- 對於ARI設備，Max_Payload_Size僅有Function 0設定。其他Function中的Max_Payload_Size設定將被忽略
- 對於一個和非ARI多功能設備相關的上游端口，如果Max_Payload_Size的設定在所有Function中都是一樣的，接收的TLP數據負載不能超過這個通用的Max_Payload_Size設定
- 對於一個和非ARI多功能設備相關的上游端口，如果Max_Payload_Size的設定在所有Function中不全相同，接收的TLP數據負載不能超過特定的Max_Payload_Size設定
- 實現Receiver時，儘量使用由產生事務的Function中所設定的Max_Payload_Size，或者所有Function中最小的Max_Payload_Size
- 軟件不能在不同Function中設定不同的Max_Payload_Size，除非軟件知曉具體的實現
- 對於包含數據的TLP，Length域中的值必須TLP中實際包含的數據長度相匹配
- Length域中的值僅用於指定數據長度，TLP摘要的長度不包含在Length域中
- 當一個數據負載被包含在一個TLP中，而非一個AtomicOp Request或一個AtomicOp Completion中，那麼數據的第一個字節將緊跟頭部之後，後續字節將按字節序遞增
- 例：將16字節數據寫到地址100h，頭部之後的第一個字節應該寫到地址100h，第二個字節應該寫到地址101h，以此類推，最後一個字節寫在地址10Fh
- 在AtomicOp Requests和AtomicOp Completions中的數據負載必須按照如下格式進行排列：TLP頭部之後的第一個數據字節應該是第一個數據值的最低有效字節，後續數據字節要嚴格安彙總啊有效位遞增。對於CAS Requests，第二個數據值必須緊跟第一個數據值，並且使用相同格式。
2.2.3 TLP摘要規則
- 對於任何TLP，TD位中的值表明了在TLP的最後存在包括ECRC值的TLP摘要。
- 如果TLP的TD位的值與觀察到的值不一致，那麼這個TLP就是一個存在錯誤的TLP
- 如果處於中間或最後的PCIE 接受者不支持ECRC檢查，那麼接受者必須忽略TLP摘要。
- 如果接收者支持ECRC檢查，那麼接收者將把TLP摘要中對應的域解釋爲ECRC值。
2.2.4 路由和尋址規則
值表明了在TLP的最後存在包括ECRC值的TLP摘要。
-
如果TLP的TD位的值與觀察到的值不一致，那麼這個TLP就是一個存在錯誤的TLP
-
如果處於中間或最後的PCIE 接受者不支持ECRC檢查，那麼接受者必須忽略TLP摘要。
- 如果接收者支持ECRC檢查，那麼接收者將把TLP摘要中對應的域解釋爲ECRC值。
2.2.4 路由和尋址規則
待續