PCI-E TLP（处理层协议）学习经验分享 I

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今天给大侠带来PCI-Express transaction Layer specification（处理层协议），本次PCIE TLP 学习经验分享分为三篇，今天带来第一篇TLP概况（四种空间、三种处理类型、两种属性、主要包格式、TLP通用包头）和TLP打包地址和路由导向方式（Address寻址、ID寻址方式、处理层描述符），话不多说，上货。

为了方便各位大侠浏览，下面列出三篇分享的大概内容目录介绍：

一、TLP概况

1. 四种空间

2. 三种处理类型

3. 两种属性

4. 主要包格式

5. TLP通用包头

二、TLP打包地址和路由导向方式

1. Address寻址

2. ID寻址方式

3. 处理层描述符（transaction Descriptor）

三、I/O,Memory,Configuration,Message Request、Completetion详解

1. Memory Request Package

2. I/O Request 包

3. Configuration Request包

4. Message

5. Completion Rules（应答机制）

四、请求和应答处理机制

1. Request Handling Rules

2. Completion Handling

五、virtual channel(vc)Mechanism虚拟通道机制

1. TC/VC映射

2. Flow Control

六、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。

1. 四种空间：

2. 三种处理类型

• i/o口和memory的读写包（TLPS：transaction Layers packages）
• 配置寄存器的读写设置包
• 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类。

3. 两种属性

• Non Posted：即请求需要返回completion的响应包；
• Posted：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。

4. 主要包格式

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。

5. TLP通用包头

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，如下图：

• 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 [0] 表示包头格式是3长字还是4长字，Fmt[1] 表示包头是否包含数据。

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打包地址和路由导向方式

• 地址路由（address）
• ID识别路由
• 间接路由（implicit） 下面主要介绍address和ID寻址方式，间接寻址将在后面提及。

1. 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。

2. 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。

3. 处理层描述符（transaction Descriptor）

对于两种路由方式来说是通用的。

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：

从图中看出，描述字符放在第二个DW的前三个字节中。

第一篇就到这里，明天开启第二篇，将会带来I/O,Memory等详解，愿大侠持续关注，一切安好，告辞。

END

后续会持续更新，带来Vivado、 ISE、Quartus II 、candence等安装相关设计教程，学习资源、项目资源、好文推荐等，希望大侠持续关注。

大侠们，江湖偌大，继续闯荡，愿一切安好，有缘再见！