前言

本文介绍PCIe以及PCI的一些小知识点

什么是PCIe

PCI

PCI是Peripheral Component Interconnect(外设部件互连标准)的缩写，它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽
PCI总线有32bit、64bit之分；从总线速度上分，有33MHz、66MHz两种

PCI是一种并行总线

PCI的局限

从图中就能看出PCI总线频率不高，且随着带宽的增加负载能力迅速减少。
即使PCI-扩展也存在这样的特征。

PCIe

PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔在2001年提出的，旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准

PCIe是一种串行总线

物理链路

PCIe 链路使用“端到端的数据传送方式”，发送端和接收端中都含有TX(发送逻辑)和
RX(接收逻辑)

接口

计算规则：
比如当前的PCIe版本是2.0 X4
GT/s —— Giga transation per second （千兆传输/秒）我的理解为单位，在这里体现的是bit，注意编码方案8b/10b 指没发送1个直接需要发送10个bit。即有效带宽为0.8
注意这个进位是按1000算的
那么每一条line 吞吐量（带宽） == 5Gbit/s / 8 * 0.8 =500 MB/s 那么X4就是2GB/s

PCIe的一般应用

PCIe一般应用在数据量大 吞吐量大的场景，比如视频的传输、码流的传输

专业名词

域

1. PCI 设备具有独立的地址空间，即PCI 总线地址空间，该空间与存储器地址空间通过HOST主桥隔离
2. pcie设备使用的都是pcie域中的地址，而cpu侧使用的是存储器域地址，二者不能混用，必须要经过HOST主桥进行地址转换方可访问
   

Host主桥

主要功能是隔离处理器系统的存储器域与处理器系
统的PCI 总线域，管理PCI 总线域，并完成处理器与PCI 设备间的数据交换

RC和EP

1. Root Complex：
   一个系统元素，可在一个芯片内也可不在一个芯片内
   Host Bridge，PCIe控制器，…

2. End Point：
   Pcie设备
   

配置空间

PCIe设备分PCIe设备以及PCIe桥
Type0 普通设备比如PCIe接口网卡设备、串口设备
Type1 是一个桥设备，用于扩展PCIe接口，因为PCIe是点对点的设备所以扩展需要桥

Vendor ID 代表PCI 设备的生产厂商，
Device ID 代表这个厂商所生产的具体设备。
Header Type 0普通设备 1桥 2 cardbus
Base Address Register 0~5寄存器
保存设备使用的域地址空间的基地址

桥的配置空间

Subordinate Bus Number当前PCI 子树中，编号最大的PCI 总线号。
Secondary Bus Number 寄存器存放当前PCI 桥使用的总线号
Primary Bus Number 上游总线编号

Bar寄存器

BAR 寄存器保存PCI 设备使用的地址空间的基地址，该基地址保存的是该设备在PCI 总线域中的地址

问题：

bar0空间的其他用途

Bar0不仅仅只用来存储，域的基地址
通过往bar0寄存器全写1来获得该设备的可用空间
图中该设备可认可的空间位2的12次方4K，所以地址必须4K的整数倍

代码中也能看到先读bar0的内容，然后将bar0全写1，在读出的内容就是大小，其bit 31–12
有效，低12bit其他用途，所以地址按4K对齐，不过读大小的时候低12bit读出的值是0.

数据交换

要实现数据交互？
条件？
Who（和谁通信）
如何区分设备（id），如何知道谁是谁
How（怎样通信）
空间转换（（ATU）翻译官如何翻译）
格式(TLP包),

PCIe扫描过程

1. 软件层面给每个设备一个描述id（BDF）
   ID就由Bus+Device+Function组成PCIe协议支持256个Bus,（8bit）
   每条Bus最多支持32个Device，（5bit）
   每个Device最多支持8个Function（3bit）
2. Bus：根据DFS(Depth First Search)算法软件分配
   Dev:
   PCI 设备的IDSEL 信号与PCI 总线的AD[31:0]信号的
   连接关系决定了该设备在这条PCI总线的设备号
   pcie;硬件决定，桥的口决定dev
   Func：硬件决定这个pcie设备有什么功能
   
   
   
   

ATU

地址转换单元

1. 用来实现事务转换和地址转换的功能
2. Hisi(ATU)按发送方向和接收方向各提供了8 个地址转换区，每一个区可单独实现某一种事务类型和地址转换功能。其中，
3. 发送方向用于将对本地总线地址上的读写操作转换为PCIe 总线地址上的PCIe 事务，
4. 接收方向用于将PCIe 总线地址上的PCIe 事务转换为本地总线地址上的读写操作。

hisi寄存器分配

事务

具体是如何操作的
配置事务
存储器事务

配置事务

hisi的ATU

存储器事务

##存储器路由

1. 这些寄存器都是在PCI域中路由TLP包的时候用的一些窗口寄存器。
2. 如果一个TLP mem 读/写 的地址正好落入mem base ~ mem base + mem limit的范围内，则该TLP包从上游总线转到下游 总线上；
3. 如果一个TLP包到达桥的下游总线时，其访问的地址不在mem base ~ mem base + mem limit 的范围内时，该TLP包被传送到上游总线。
4. 一个访问从CPU域被转换到PCI域，应该使用和具体 实现相关的硬件转换模块，比如ATU。

TLP

PCIe定义了下三层（彩色部分）：事务层（Transaction Layer），数据链路层（Data Link Layer）和物理层（Physical Layer）

1. 事务层的主要职责是创建（发送）或者解析（接收）TLP (Transaction Layer packet)，流量控制，QoS，事务排序等。
2. 数据链路层的主要职责是创建（发送）或者解析（接收）DLLP(Data Link Layer packet)，Ack/Nak协议（链路层检错和纠错），流控，电源管理等。
3. 物理层的主要职责是处理所有的Packet数据物理传输，发送端数据分发到各个Lane传输（stripe），接收端把各个Lane上的数据汇总起来（De-stripe），每个Lane上加扰（Scramble，目的是让0和1分布均匀，去除信道的电磁干扰EMI）去扰（De-scramble)，以及8/10或者128/130编码解码，等等。
   

TLP格式

TLP 头由3个或者4个双字(DW)组成。其中第一个双字中保存通用TLP 头，其他字段与通
用TLP 头的Type 字段相关。一个通用TLP 头由Fmt、Type、TC、Length 等字段组成

路由

1. 地址路由：
   如果一个TLP mem 读/写 的地址正好落入mem base ~ mem base + mem limit的范围内，则该TLP包从上游总线转到下游 总线上；
   如果一个TLP包到达桥的下游总线时，其访问的地址不在mem base ~ mem base + mem limit 的范围内时，该TLP包被传送到上游总线。

2. ID路由：
   当一个Switch收到一个基于ID寻址的TLP，首先检查TLP中的BDF是否与自己的ID匹配，如匹配，说明该TLP是给自己的，收下；否则，则检查该TLP中的Bus Number是否落在Secondary Bus Number和Subordinate Bus Number之间，如果是，说明该TLP是发给其下游设备的，然后转发到对应的下游端口；如果其他情况，则拒绝这些TLP。