2022年xilinxPCIE2.0接口EP端设计总结 .pdf

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1、1. PCIE 说明PCIE协议定义了多种设备：根复合体 （Root Complex） ， 交换器 （Switch） ， 端点 （Endpoingt） ，断就（Port） ， PCIE 到 PCI/PCI-X 的桥（Bridge） 等。根复合体是将 CPU 和主存储器连接到PCIE线路结构上的设备，能带包CPI 启动 PCIE 事务和访问主存储器；交换器可以将任务由一个端口路由到另一个端口， 在系统中用于多设备的互联， 具体的路由方法包括ID 路由，地址路由，隐含路由；Endpoint 是指一个世纪的设备 （请求者或完成者）； port 是设备与链路的接口； Bridge则是用来实现 PCIE

2、 设备与 PCI/PCI-X 设备之间的连接，实现两种不同协议之间的相互转换。PCIE 核在多种模式中使用包来互换信息。包是在事务和数据链层中形成来从发送端到接收端的信息传递。 必要的信息被添加到传输的包中。在接收结束， 接收单元的每一层处理接收到的包，提取相关的信息并发送包到下一层。接收到的包是从他们物理层发送到数据链层和事务层的。PCIe 规范对于设备的设计采用分层的结构，有事务层、数据链路层和物理层组成，各层有都分为发送和接收两功能块。PCIe 的事务层是协议的最上层，其主要功能是根据应用层提供的信息生成相应的请求包传递给数据链路层， 并且处理由数据链路层发来的包，将其转换成应用层能识别

3、的信息，协助数据链路层完成信用管理，实现协议规定的配置事务，IO 事务，存储事务和消息事务。在设备的发送部分，首先根据来自设备核和应用程序的信息，在事务层形成事务层包（TLP） ，储存在发送缓冲器里，等待推向下层；在数据链路层，在TLP 包上再串接一些附加信息， 这些信息是对方接收TLP 包时进行错误检查要用到的； 在物理层，对 TLP 包进行编码，占用链路中的可用通道，从查封发送器发送出去。设备核A事务层数据链路层物理层设备核A事务层数据链路层物理层TxTxRxRxSTP Seq HDR DataDigLCRCEndSeq HDR DataDigLCRCHDR DataDigSTP Seq

4、HDR DataDigLCRCEndSeq HDR DataDigLCRCHDR DataDig事务层包（ TLP） ，数据链路层包（ DLLP） ，物理层（ PLP）产生于各自所在层，最后通过电或光等介质和另一方通讯。这其中数据链路层包（DLLP ） ，物理层（ PLP）的包平常不需要关心，在 IP 核中封装好了。 在 FPGA 上做 PCIe 的功能，变成完成事务层包 （TLP）的处理。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 47 页 - -

5、 - - - - - - - 待移动数据的 PCI-Express协议的请求均由主CPU 发出。当 CPU 向存储器映射输入 /输出（MMIO ）地址存储器发出命令时， 数据向下游移动。Root Complex 通常会生成一个具有对应MMIO 位置地址、字节使能和寄存器内容的存储器写 TLP。Endpoint 接收存储器写 TLP 更新响应的本地寄存器后事务即终止。当 CPU 发出从 MMIO 地址加载寄存器的命令时，数据向上游移动。Root Complex 通常会生成一个具有响应MMIO 位置地址和字节使能的存储器读TLP。 Endpoint 在收到存储器读 TLP 后会生成带数据完成型TL

6、P。完成包传送到Root Complex，有效载荷加载至目标寄存器后事务即完成。2. PICE 核接口2.1 系统接口表 1 系统信号信号名方向定义Sys_rst_nInput异步信号。 sys_rst_n 在上电和热复位操作期间，必须被断言至少1500nsSys_clkOutput参 考 时 钟 ： 可 选 频 率 为100MHZ,125MHZ或 者500MHZ2.2PCIE接口PCIE 接口由不同的发送（对）和接收（对）所构成的多线程组成。一个PCIE 线由一对发送差分信号（pci_exp_txp, pci_exp_txn） 和一对接收差分信号 （pci_exp_rxp, pci_exp_

7、rxn） 组成。单线的只支持 0 线，双线只支持 01 线，四线支持 0-3 线，八线支持0-7 线。下表 2 定义了 4线核的发送和接收信号。 （只给了一线的信号）表 2 PCIE 接收和发送信号线信号名字方向定义0pci_exp_txp0OutputPCIE 发送正：串行差分输出0pci_exp_txn0OutputPCIE 发送负 : 串行差分输出0pci_exp_rxp0InputPCIE 接收正：串行差分输入0pci_exp_rxn0InputPCIE 接收负：串行差分输入1pci_exp_txp1OutputPCIE 发送正：串行差分输出1pci_exp_txn1OutputPCI

8、E 发送负 : 串行差分输出名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 47 页 - - - - - - - - - 1pci_exp_rxp1InputPCIE 接收正：串行差分输入1pci_exp_rxn1InputPCIE 接收负：串行差分输入2pci_exp_txp2OutputPCIE 发送正：串行差分输出2pci_exp_txn2OutputPCIE 发送负 : 串行差分输出2pci_exp_rxp2InputPCIE 接收正：串行差分输

9、入2pci_exp_rxn2InputPCIE 接收负：串行差分输入3pci_exp_txp3OutputPCIE 发送正：串行差分输出3pci_exp_txn3OutputPCIE 发送负 : 串行差分输出3pci_exp_rxp3InputPCIE 接收正：串行差分输入3pci_exp_rxn3InputPCIE 接收负：串行差分输入2.3事务接口事务接口为用户设计提供了一个机制来产生和消耗TLP。2.4发送接口信号名位宽方向描述S_axis_tx_tlast 1 O 帧发送结尾：标记包的结尾，只有在S_axis_tx_tvalid申明时才有效。S_axis_tx_tdata 64 O 发

10、送的数据S_axis_tkeep 8 O 传输数据选通，决定所给定拍子数据有效字节。数据在s_axis_tx_tvalid 和 s_axis_tx_tready都有效时才有效。此信号的最低位决定数据低字节的有效性。当 last信号没有断言时，只有0 xFF 有效。当 last信号已断言时，只有0 x0F 和 0 xFF 是有效的。S_axis_tx_tvalid 1 O 数据有效信号，拉高表明发哦少年宫数据已准备好。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3

11、 页，共 47 页 - - - - - - - - - S_axis_tx_tready 1 I 置 1 表明核准备好接收数据。S_axis_tx_tuser 3 O 传输停止。可以在开始传输后的任意时间断言。S_axis_tx_tuser 2 O 传输流。表明一个包在连续时钟周期上被提供并且在链路上能在确认的包写入核之前开始传输。S_axis_tx_tuser 1 O 此信号标志当前进程中的包是错误的。此信号能在开始到结束传输的任意时刻被拉高。但是tx_err_fwd信号必须在s_axis_tx_tuser2断言时拉低。S_axis_tx_tuser 0 O 端对端循环冗余检查摘要被附加。必

12、须在TLP 的开始时就被断言。Tx_buf_av 6 I 发送 buffer可用：表明核中空闲发送buffer的数量。每个空闲的传输buffer能够调节TLP来支持最大负载size 。 发送buffer的最大数量由支持的MPS和所选的块RAM 配置决定。Tx_err_drop 1 I 传输错误。表明核因为长度不匹配或者流传的时候数据在连续时钟周期上没有提供而丢弃了一个包。Tx_cfg_req 1 I 发送配置请求。当核准备好发送一个配置或者其他内部生成的 TLP时置 1. Tx_cfg_gnt 1 O 1. 同意传输配置。是配置请求的响应。允许核传输一个内部产生的 TLP。2.tx_cfg_r

13、eq信号子在核生成的包已被服务，在任何请求生成之前总算解除断言的。因此，用户设计能够根据tx_cfg_req的上升沿来决定什么时候断言tx_cfg_gnt。3. 在 tx_cfg_req给定要传输的用户创建的TLP相对于核生成的 TLP更高的优先级之后保持tx_cfg_gnt为非断言状态。4. 在断言 tx_cfg_gnt一个时钟州后当tx_cfg_erq断言导致下一个要输出的包为核内部生成的包时拉高tx_cfg_gnt一个时钟周期。5. 当没有buffer空间来存储内部包时，tx_cfg_req甚至在tx_cfg_gnt已经断言后保持断言状态。6. 设计需要再次断言tx_cfg_gnt信号，

14、 因为最初的断言已经被捕捉到。7. 如果不想改变内部生成TLP 传输的优先次序，保持此信号为高。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 47 页 - - - - - - - - - 2.5接收接口信号名位宽方向描述m_axis_rx_tlast1I接收帧结尾：包结尾信号。在tvalid 断言时才有效。m_axis_rx_tdata64I接收的数据m_axis_rx_tkeep8I接收数据选通决定接收数据的有效字节。m_axis_rx_tlast信

15、号没有断言时，只有0 xFF 为有效值m_axis_rx_tlast信号断言时，有效值为0 x0F 额 0 xFFm_axis_rx_tvalid1I接收数据有效。m_axis_rx_tready1O接收端准备好接收数据。m_axis_rx_tuser9:2 rx_bar_hit7:0I接收bar：表明当前接收事务的目标bar，从包的开头到m_axis_rx_tlast都保持断言。? (rx_bar_hit0)m_axis_rx_tuser2: BAR0 ? (rx_bar_hit1)m_axis_rx_tuser3: BAR1? (rx_bar_hit2)m_axis_rx_tuser4:

16、BAR2? (rx_bar_hit3)m_axis_rx_tuser5: BAR3? (rx_bar_hit4)m_axis_rx_tuser6: BAR4? (rx_bar_hit5)m_axis_rx_tuser7: BAR5? (rx_bar_hit6)m_axis_rx_tuser8: Expansion ROM Address ? m_axis_rx_tuser8:4 不适用于Root端口配置? m_axis_rx_tuser9 is reserved for future use. m_axis_rx_tuser1I接收有错误m_axis_rx_tuser0I表明当前包存在EREC

17、 无措。只有在包的帧结尾才会断言名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 47 页 - - - - - - - - - 3. PCIE 设计参考3.1设计 64 位事务层接口下图代表了典型的 32位可寻址内存写请求 TLP（Transaction Layer Specification ）图3-1PCIE 字节命令基础规范PCIE 标头各字段定义如下：Fmt1:0 定义了头标长度和该TLP是否有数据载荷的信息。Type4:0 与Fmt1:0 共同定

18、义了 TLP 的事务类型、头标长度和是否有数据载荷TC2:0 （优先级设定） 定义了设备核施加于请求TLP 及完成 TLP的传输类别编号。 PCIE总线规定了 8种传输类型， 分别为 TC0TC7 ，默认值为 TC0，该字段与 PCIE 的QoS相关。PCIE设备以传输类别 (TC) 、虚通道 (VC) 、TC/VC 映射以及优先级仲裁机制为TLP 传输提供有区别的服务质量。传输类别对应TLP头标中的 3位TC字段，由软件根据 TLP 的紧要程度设置。虚通道是设备端曰中的 TLP 缓冲器，每个端口中可设置l8个VC缓冲器，对应可编号为VC0 VC7，每个编号的 VC中可以缓冲若干个TLP。PC

19、IE 设备内部有逻辑电路负责将不同TC 的TLP到推入到对应编号 VC中，每个TLP只能被映射到一个VC中，使通过该端口的 TLP在对应编号的 VC缓冲器中排队送上链路。TD TLP的Digest （ECRC ）字段存在位。若TD=1 ，表明 TLP 含有Digest 字段，其值是ECRC ；若TD=0 ，则表明 TLP不含有 Digest 字段。EP 错误和中毒位。 EP=1 ，则表示事务正常完成，但是应该将包视为无效。Attr2:0 位5为宽松排序位：为1时，表示使用PCI-X 式宽松排序；为0时，表明使用PCI式严格排序。位 4为不监听 Cache 位：为 1时，表明 TLP不存在处理器

20、 Cache 一致性问题，不要求系统硬件去监听处理器Cache ；为0时，则要求 PCI时的Cache 监听。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 47 页 - - - - - - - - - 长度Length9:0 指示 TLP的数据载荷长度，以双字DW 为单位，最大长度为1024 双字，即4KB AT 字段AT 字段与 PCIE 总线的地址转换相关。在一些PCIE 设备中设置了ATC （Address Translation Cache）部

21、件，这个部件的主要功能是进行地址转换。只有在支持IOMMU 技术的处理器系统中， PCIE 设备才能使用该字段。AT字段可以用作存储器域与PCI 总线域之间的地址转换，但是设置这个地段的主要目的是为了方便多个虚拟主机共享同一个PCIE 设备。（此处设置为 0）Requester ID字段：Requester ID用来标识事务的请求者，以便对应的完成能够返回，在Requester ID15 ：0中，15：8为总线号， 7：3为设备号， 2：0为功能Tag字段 ：标签Tag 字段用来用来标识由请求者发出的未完成的非转发事务的请求序号，以便相应的完成返回时带有与原请求相同的序号，请求者将事务包与相应

22、挂起的请求对号，解除对应的挂起请求。First DW BE 和Last DW BE 为字节使能字段， 连个字节是能位以允许比整双字小的数据长度和偏离DW边界的起止地址。当使用 AXI4-Stream 接口时，包被安排在确定的64位数据通路上。下图展示了在AXI4-Stream 接口上的包的例子。从图上可看到，包的第0字节就是 s_axis_tx_tdata31:24(发送)或者m_axis_rx_tdata31:24 (接收 )的对应位。同样，第1字节在 s_axis_tx_tdata23:16或者m_axis_rx_tdata23:16所对应的位。在第二个64 位数据组合时，就是PCIE 的

23、第 8字节对应的s_axis_tx_tdata31:24或者 m_axis_rx_tdata31:24所对应位。发送到核的包必须遵从TLP的传输规则。图3-2断点综合块字节用户应用负责确认包的有效性。核不会去检查包的格式是否正确并且这样可能导致传输一个畸形的TLP。给定的 TLP 变化的精确度依赖于正在传输的包的类型。Fmt和 Type字段确认当前 TLP使用的总线事务，TLP头的大小是由 3 个双字还是 4 个双字组成（32 位地址为 3DW ，64位地址则对应 4DW ），当前 TLP是否包含有效负载。其具体含义如下表所示。表 3.1 TLP 类型字段定义Fmt2:0 TLP的格式0b00

24、0 TLP大小为 3 个双字，不带数据。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 47 页 - - - - - - - - - Fmt2:0 TLP的格式0b001 TLP大小为 4 个双字，不带数据。0b010 TLP大小为 3 个双字，带数据。0b011 TLP大小为 4 个双字，带数据。0b100 TLP Prefix 其他PCIe 总线保留其中所有读请求 TLP都不带数据，而写请求TLP带数据，而其他 TLP可能带数据也可能不带数据，如完成

25、报文可能含有数据，也可能仅含有完成标志而并不携带数据。在TLP的 Type字段中存放 TLP的类型，即 PCIe 总线支持的总线事务。该字段共由5 位组成，其含义如下表所示。表 3-2 PCIE 总线事务类型TLP类型Fmt2:0 Type4:0 描述MRd 存储器读请求0b000 0b001 0b0 0000 3DW ，不带数据4DW ，不带数据MRdLk 带锁的存储器读请求0b000 0b001 0b0 0001 3DW ，不带数据4DW ，不带数据MWr 存储器写请求0b010 0b011 0b0 0000 3DW ，带数据4DW ，带数据IORd IO 读请求0b000 0b0 001

26、0 3DW ，不带数据IOWr IO 写请求0b010 0b0 0010 3DW ，带数据CfgRd0 配置 0 读请求0b000 0b0 0100 3DW ，不带数据CfgWr0 0b010 0b0 0100 3DW ，带数据名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 47 页 - - - - - - - - - TLP类型Fmt2:0 Type4:0 描述配置 0 写请求CfgRd1 配置 1 读请求0b000 0b0 0101 3DW ，不带数

27、据。CfgWr1 配置 1 写请求0b010 0b0 0101 3DW ，带数据TCfgRd 0b010 0b1 1011 对这两种总线事务不做介绍。TCfgWr 0b001 0b1 1011 Msg 消息请求0b001 0b1 0r2r1r0 4DW ，不带数据。“ rrr ”字段是消息请求报文的Route 字段，下文将详细介绍该字段。MsgD 带数据的消息请求0b011 0b1 0r2r1r0 4DW ，带数据Cpl 完成0b000 0b0 1010 3DW ，不带数据。包括存储器、配置和I/O 写完成。CplD 带数据的完成0b010 0b0 1010 3DW 双字，包括存储器读、I/O

28、 读、配置读和原子操作读完成。CplLk 锁定的完成0b000 0b0 1011 3DW ，不带数据。CplDLk 带数据的锁定完成0b010 0b0 1011 3DW ，带数据。由上表所示，存储器读和写请求，IO 读和写请求，及配置读和写请求的type 字段相同，如存储器读和写请求的Type 字段都为 0b0 0000。此时 PCIe总线规范使用 Fmt字段区分读写请求，当 Fmt字段是“带数据”的报文，一定是“写报文”；当Fmt字段是“不带数据”的报文，一定是“读报文”。PCIe总线规定所有 Non-Posted 存储器请求使用Split总线方式进行数据传递。当PCIe设备进行存储器读、

29、I/O 读写或者配置读写请求时，首先向目标设备发送数据读写请求TLP ，名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页，共 47 页 - - - - - - - - - 当目标设备收到这些读写请求TLP后， 将数据和完成信息通过完成报文(Cpl 或者 CplD)发送给源设备。其中存储器读、 I/O 读和配置读需要使用CplD报文，因为目标设备需要将数据传递给源设备；而 I/O 写和配置写需要使用Cpl 报文，因为目标设备不需要将任何数据传递给源设备，但是需要

30、通知源设备，写操作已经完成，数据已经成功地传递给目标设备。在 PCIe 总线中，进行存储器或者I/O 写操作时，数据与数据包头一起传递；而进行存储器或者 I/O 读操作时，源设备首先向目标设备发送读请求TLP ，而目标设备在准备好数据后，向源设备发出完成报文。PCIe总线规范还定义了MRdLk 报文，该报文的主要作用是与PCI总线的锁操作相兼容，但是 PCIe 总线规范并不建议用户使用这种功能，因为使用这种功能将极大影响PCIe 总线的数据传送效率。与 PCI 总线并不相同，PCIe 总线规范定义了 Msg报文，即消息报文。分别为 Msg和 MsgD ，这两种报文的区别在于一个报文可以传递数据

31、，一个不能传递数据。PCIe总线支持四种事务配置事务，IO 事务，存储事务和消息事务，如表3-3 所示。PCIe设备使用路由的方式来实现事务认领，路由方式基于事务类型，系统存储器和IO 地址分配等因素。路由方式分为三种，分别是地址路由，ID 路由和隐含路由。存储事务和IO 事务仅使用地址路由方式，配置事务和完成使用ID 路由方式，消息事务可以使用任何一种路由方式，每种事务所对应的具体路由方式如表3-4 所示。表 3-3 PCIE 地址空间和事务类型地址空间事务类型用途存储器读写传送数据自 / 至系统存储器空间的单元IO 读写传送数据自 / 至系统 IO 空间的单元配置读写传送数据自 / 至 P

32、CI 兼容的设备配置空间的单元消息底线 / 厂商定义通常用于带内的消息传递和时间报告表 3-4 PCIE TLP的路由选择TLP 类型使用的路由方法MRd、MRdlk 、MWr地址路由IDRd、IOWr地址路由CfgRd0，CfgRd1、CfgWr0、CfgWr1ID 路由名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页，共 47 页 - - - - - - - - - Msg、MsgD地址路由， ID 路由或隐含路由CpldID 路由3.2 事务层关键技术

33、3.2.1事务层发送部分事务层接收 Device Core的信息，产生相应的事务层包 (TLP)，存放在虚拟通道中的VC 缓冲器里等待发送。 TLP 的主要组成是：头标，数据载荷和可选的ECRC。事务层包中包含数据类型，数据长度和路由方式等信息。3.2.2事务层接收部分事务层接发来的事务层包， 存放在接收 VC 缓冲器里。 接收端检查 ECRC 字段，确定事务层包在通过线路结构的过程中是否发生错误，若无错误，ECRC 字段被剥除，剩下的TLP 头标信息及数据载荷被送到设备核。3.2.3流量控制在 PCI 中，当接收方没有足够的空间接收发送方发出的事务时，会以切断信号来阻止事务发送，然后每隔一段

34、时间后会自动重发，直到发送成功。 但是往往这个间隔时间并不能使接收方有足够的空间来接收上次被阻止的事务，不断的重试造成了资源的浪费13。在 PCIe 中，接收方会以信用的方式定期向发送方报告自己接收缓冲中的剩余空间，以此来保证没有不能被接收的事务发出，从而提高了总线效率。流控过程如图3-3 所示：发送者接收者VC缓冲器TLP图 3-3 流控制过程3.2.4服务质量，传输类别和虚拟通道PCIe 提供 QoS，即以有区别的优先级和确定的等待时间及带宽运输来自不同应用的包。PCIe所提供的服务质量与传输类别（TC）和虚拟通道（ VC）密切相关。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - -

35、- - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 11 页，共 47 页 - - - - - - - - - PCIe 设备以传输类别（ TC） ，虚通道（ VC） ，TC/VC 映射以及优先级仲裁来支持服务质量（QoS） 。从传输要求的角度来看， PCI Express 事务可分为等时事务和异步事务。等时事务要求在每个相等的，固定的时间间隔里保证固定的数量传送；异步事务是除等时事务以外的其它事务。无论是哪种事务， 从系统的角度来看， 就是有不同的优先级， 各类事务以一个 TC(Traffic Class)值表达所想要得到

36、的QoS(Quality of Service)，PCIe配置软件能够建立起传输类别的值与设备端口虚拟通道 (VC)之间的映射关系。理论上等时事务所对应的VC 应被配置为最高优先级， 等时事务的请求者， 完成者及中间路过设备都应该将TC 所映射的 VC 配置为最高优先级。 等时事务的请求者以所要求的速率(服务间隔 )将等时包注入线路结构，沿路的中间设备将具有该TC 的等时包投入对应的VC，以接受仲裁，仲裁的结果是等时事务得到所想要的带宽和等待时间。虚拟通道的主体是缓冲器，位于设备端口处的事务层内，虚通道数可配置，最多支持8个(VC0VC7) 。 VC0 为默认虚通道，VC1VC7 可配置。 规

37、范要求下列事务只使用TC0/VC0 配置事务，IO 事务，INTx 消息事务，电源管理消息事务， 错误报告消息事务， 解锁消息事务，设置插槽电源限额消息事务。端口 VC 的配置，事务 TC 值到端口 VC 的映射以及端口仲裁和VC 仲裁都由 VC 配置寄存器实现，这些 VC 配置寄存器组成虚通道能力寄存器组，位于设备的扩展配置空间内，有系统软件对他们进行设置。每三个资源寄存器为一组，服务于不同的虚通道。3.2.5端口仲裁和 VC仲裁不同 TC 号的包通过交换开关时，从多个入端口进来的，涌向同一个出端口的包，竞争该出端口的使用权，交换开关对该出端口执行两方面的仲裁：端口仲裁和VC 仲裁。端口仲裁

38、是对在不同入端口上到达的都映射到公共出端口的同一虚通道上的包进行仲裁；VC 仲裁发生在端口仲裁之后，对已经进入不同VC 的，要从同一端口发送到连路上的包进行仲裁。端口仲裁方法分为硬件固定仲裁方式和加权轮转仲裁方式。VC 仲裁方法有以下三种：a) 对所有 VC 执行严格优先序仲裁；b) 分组是优先序仲裁；c) 对所有 VC 执行轮转优先序仲裁（均等轮转仲裁和加权的轮转仲裁）。3.2.6事务排序PCIe 中的事务分为三种，转发事务，非转发事务和完成。针对每个事务都有其独立的缓存空间，因此不同类型的事务间没有排序的问题。但是同种类型的事务会严格按照先后顺序执行，有时候急需的事务会因为先前事务未完成而

39、被阻塞，对于映射到统一VC 中的事务，宽松事务排序位为 1 的事务被允许可以插到宽松式无排序位为0 的同类事务前执行。3.2.7电源管理事务层支持电源管理。 事务层中的硬件在某种情况下能自主的将设备置入低功耗电源状态，这种自动的电源管理不涉及软件，被称为主动的电源管理。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 12 页，共 47 页 - - - - - - - - - 3.2.8配置寄存器设备的配置寄存器是与事务层联系在一起的，在初始化和总线枚举期间， 配置软

40、件对这些寄存器的进行配置，然后，由运行期软件/OS使用核访问。3.3outbound传输包3.3.1基础 TLP 传输操作7 系列 FPGA 集成块的 PCIE 核会自动传输这些类型的包。完成一个远程设备响应配置空间的请求核的 inbound 请求的错误消息响应是畸形或者不被认可的Note：某些未被认可的请求，例如：意想不到的完成，只能被负责生成合适响应的用户应用侧被检测到。用户应用程序负责这些类型的outbound 包类型：内存，Atomic Ops ，和远程设备的I/O 请求完成对用户应用程序请求进行响应。例如：内存读请求。在允许的情况下，完成对用户执行配置空间请求的应答。这些请求包括PC

41、I? 遗留功能寄存器寄存器侧的地址BFh 和 PCIE 扩展功能寄存器侧的地址1FFh 。当配置为断点时，核关注用户应用程序的内部生成的通过断言tx_cfg_req 来调节传输数据通路的 TLP。用户应用程序能够通过始终置高tx_cfg_gnt 信号来选择给定核生成的TLP 的优先级。以此来防止在核生成的TLP 等待时，传输了用户应用程序生成的TLP。或者用户应用程序能够通过拉低tx_cfg_gnt 直到用户传输完成来保留生成的TLP 的优先级从而越过核生成的 TLP 而。当用户传输完成时，用户应用程序能够断言tx_cfg_gnt 信号至少一个时钟周期来允许传输核生成的TLP。断言 tx_cf

42、g_gnt 信号的时候不能延迟， 因为延迟的话可能导致请求方完成超时。为了传输一个 TLP，用户应用程序必须在传输事务接口上执行这一系列的事务：1. 用户应用程序逻辑断言s_axis_tx_tvalid并且在 s_axis_tx_tdata63:0信号上附上第一个 TLP QWORD。如果核断言 s_axis_tx_tready，那么这个 QWORD就会被立马接收。否则，用户应用程序必须保持QWORD不变直到核断言 s_axis_tx_tready。2. 用 户 应 用 程 序 断 言s_axis_tx_tvalid并 且 在 随 后 的 时 钟 周 期 中 在s_axis_tx_tdata6

43、3:0信号上附上剩余的TLP QWORDS。（s_axis_tx_tready有效的情况下）3. 用 户 应 用 程 序 在 传 输 最 后 的QWORD 数 据 时 ， 同 时 断 言 s_axis_tx_tvalid和s_axis_tx_tlast信号。如果所有的最后传输8 个数据字节是有效的，并且s_axis_tx_tkeep信号被驱动为 0 xFF。否则，s_axis_tx_tkeep信号被驱动为 0 xFF，则 s_axis_tx_tdata31:0信号的 4 个字节数据被有效传输。4. 在成功传输s_axis_tx_tdata63:0数据有效的下个时钟周期，用户应用程序驱动s_ax

44、is_tx_tvalid为低。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页，共 47 页 - - - - - - - - - 下图显示了不传输数据的只有3 个 DWORD的 TLP包头。32位可寻址内存读请求。 当用户断言 s_axis_tx_tlast信号时，同时将 s_axis_tx_tkeep的值设为 0 x0F，表明 s_axis_tx_tdata只有低 32 位数据为有效数据。图3-3 3个 DWORD的 TLP头传输下图显示了不传输数据的有4

45、 个 DWORD 的 TLP 包头。32 位可寻址内存读请求。当用户断言 s_axis_tx_tlast信号时，同时将 s_axis_tx_tkeep的值设为 0 xFF ， 表明 s_axis_tx_tdata信号的 64 数据都有效数据。图 3-4 4个 DWORD的 TLP头传输下图显示了一个带有数据的3 个 DWORD 的 TLP 事务传输。此图 keep信号最终为 0 xFF，表明 64 位数据都有效。（如果以 32 位数据为一个单位，就是奇数个单位。 ）名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - -

46、- - - - - - - - - - - 第 14 页，共 47 页 - - - - - - - - - 图 3-5 3 个 DWORD 的 TLP 事务传输下图显示了一个带有数据的4 个 DWORD 的 TLP 事务传输。此图 keep信号最终为 0 x0F，表明低 32 位数据有效。（如果以 32 位数据为一个单位，就是4DWORD 带有奇数个单位。）图 3-6 3 个 DWORD 的 TLP 事务传输下图显示了拼接形式的事务传输。从图可看出，传输了两个TLP 事务，当第一个事务传输完成并且last 断言时， valid 保持高，继续传输第二个TLP 事务，知道2 个事务都传输完成。图

47、3-7 传输接口上的对头拼接事务当用户应用程序在某个时钟周期上没有数据需要传输时，保持valid 为低。如下图：名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 15 页，共 47 页 - - - - - - - - - 图 3-8 无连续数据传输PCIE 核的 buffer 如果没有空间剩余来接收一个新的TLP 时，就会遏制用户的传输。而这只会在链路处理输入数据的速度与用户端相同或者比用户端更低时才会出现。如下图：图 3-9 不可连续接收数据如果核传输 AXI4 流

48、接口通过置高 s_axis_tx_ready信号，确认接收了 TLP 事务的包头， 则就保证有足够的空间来接收PCIE 设备能力寄存器中定义的最大数据负载所对应的数据量。当核接收了 TLP 的第一个 64 位时，就一定会将此 TLP 事务接收完。当然事务的数据大小不能超过 PCIE的最大数据大小。核的接口只有在一下情况时会驱动s_axis_tx_tready信号为低：核没有足够用的 buffer当核正在传输一个内部生成的TLP，在用户应用程序通过置高tx_cfg_gnt 来充分利用传输数据通道以后。在传输内部生成的TLP 后，核紧随的置高s_axis_tx_tready信号。当电源管理控制状态

49、寄存器的电源状态域的PCI 管理能力结构变为一个non-D0 状态时。当这种情况出现时，任何待传的TLP 被完全接收，并且s_axis_tx_tready随之拉低，不允许用户应用程序继续发送一个新的事务。当核将 s_axis_tx_tready置 0 后，用户应用程序的所有控制和数据信号保持到s_axis_tx_tready置 1 为止。用户终止传输用户应用程序可以通过将s_axis_tx_tuser3 (tx_src_dsc) 置 1 来终止事务的传输。当然， 此情况必须要在valid和 ready都有效的情况下， 才会终止。在新的包传输的开始tx_src_dsc信号必须为0。tx_src_

50、dsc信号可以在包传输的第一个拍子被接收以后的任何周期上被拉高（包括 last信号有效时）。终止传输不会影响数据被接收，只会终止下一个数据被传输。如果流模式没有使用， s_axis_tx_tuser2 = 0b(tx_str),并且包被终止，然后包会在串行链路名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 16 页，共 47 页 - - - - - - - - - 上继续传输数据之前被丢弃。如果流模式被使用，那么包终止的同时串行链路上会有EDB 标志。图 3-10