Virtex6 PCIe 超简版基础概念学习（一）

• 参考资料：
  
  • Spartan 6 PCIE_V2.4 真教程（二）
  • 菜鸟5小时速成FPGA_PCIE设计高手教程.pdf
  • v6_pcie_ug517.pdf
  • PCI+EXPRESS体系结构导读.pdf
  • xapp1052.pdf

（一） 常见接口速度

（二）事务处理层协议理解

2.1 事物层空间说明

• 1、PCI配置空间 ：主要用于向系统提供设备自身的基本信息，并接受系统对设备全局状态的控制和查询。
• 2、I/O空间 ：主要包括设备的控制寄存器和状态寄存器，一般用于控制和查询设备的工作状态以及少量数据的交换。
• 3、存储器空间：主要包括内存、显存、扩展ROM、设备缓冲区等，一般用于存放大量数据和进行数据块交换。
• 4、消息空间 : 传递消息的时间信号机制空间。

2.2 配置空间概述

• PCI设备只有在系统软件初始化配置空间之后，才能够被其他主设备访问。当PCI设备的配置空间被初值化之后，该设备在当前的PCI总线树上将拥有一个独立的PCI总线地址空间，即BAR（Base Address Register）寄存器所描述的空间。

2.2.1 配置空间寄存器说明

• Vendor ID ： 代表PCI设备的生产厂商
• Device ID ： 代表PCI厂商所生成的具体设备
• Revision ID ： 记录PCI设备的版本号，可以看成Device ID寄存器的扩展。
• Class Code ：供系统软件识别当前PCI设备的分类。
  
  • Base Class Code ： 将PCI设备分类为显卡、网卡、PCI桥等设备
  • Sub Class Code ： 对这些设备进一步细分
  • Interface ： 编程接口
• Header Type：有8位，其中
  
  • 第7位：为1表示PCI设备为多功能设备，为0表示单功能设备。
  • 第6~0位：0：PCI Agent 设备的配置空间（普通PCI都此设置）；1：PCI桥使用的配置空间
• Subsystem ID，Subsystem Vendor ID：与Device ID 、Vendor ID功能类似，但是进一步细分了。
  
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• Capabilities Pointer ： PCIe设备必须支持此寄存器，存放一些与PCI设备相关的扩展配置信息。
• Interrupt Pin ：PCI通过了4个中断引脚INTA#，INTB#，INTC#，INTD#
• Base Address Register0~5 ： 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。
• Command：PCI设备的命令寄存器，在初始化时，值为0，此时该PCI设备只能够接受配置请求总线事物外，无法接受任何存储器或者I/O请求。系统软件需要合理设置该寄存器之后，才能访问该设备的存储器或I/O空间。（寄存器具体功能查看《PCI+EXPRESS体系结构导读》p49）
• Status :绝大多数是只读位，保存PCI设备的状态。

2.2.2 PCI总线配置概述

• Type00配置请求：与HOST主桥或PCI桥直接相连的PCI Agent设备或PCI桥。
• Type01配置请求：至少穿越一个PCI桥，访问没有与其直接相连的PCI Agent设备或PCI桥。

2.3 BAR空间概述

• PC启动后，BIOS探测搜有的外设。对PCIe（PCI）设备来说，BIOS检测到板卡有多少个BAR空间，每个空间有多大，然后对应为这些BAR空间分配地址。对PCI设备来说，它能“看”到PCIe板卡的空间只有BAR空间，也只能访问这些BAR空间。
• 板卡可以发送合法的 PCIe TLP 包，并得到 PC 端的响应；但是 PC 端访问板卡被局限在 BAR 空间内。

2.3.1 BAR空间与DMA空间映射关系例子

2.4 事物处理层概述

TLP（Transaction Layer Sepcification） 有三部分组成，帧头、数据、摘要（或者称 ECRC）。 TLP 头标长 3 或者 4 个 DW，格式和内容随事物类型变化；数据端为 TLP 帧头定义下的数据段，如果该 TLP 不携带数据，那该段为空。 Digest段（ Optional）是基于头标、数据字段计算出来的 CRC，成为 ECRC，一般 Digest 段由 IP 核填充。所以， PCIe 的处理在用户层表现为处理 TLP 中头标和数据段。

2.4.1 存储器读、写请求TLP包头格式

• Fmt与Type：规定事物类型、头标长度和是否有数据载荷。
  
  

• Posted与Non-Posted包

  • 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。

• ** Length : 1~1024DW,当值为**0：表示1024DW

• DW BE:
  

• Requester ID : 包含“生成这个TLP报文”的PCIe设备的总线号（Bus Number）、设备号（Device Number）、功能号（Function Number）

• Tag：Requester ID、Tag合起来组成Transaction ID，在同一时间段内，PCIe设备发出的每一个Non-Posted数据请求TLP，其Transaction ID必须唯一。也就是Tag必须唯一。

2.4.2 完成包报文头格式

* Byte0~3 与存储器、配置请求报文对应字段含义一致。
* Completer ID：该字段存放“发送完成报文”的PCIe设备的ID号。
* Byte Count 记录源设备还需要从目标设备中获得多少字节的数据就能完成全部数据传递。
* Lower Address：接收端必须使用存储器读写完成TLP的Low Address 字段，识别一个TLP中包含数据的起始地址。

2.3.3 配置读写请求报文头格式

• 配置请求TLP第0~7字节与存储器请求类似，第8~11字节中的BUS，Device和Function Number中存放该TLP访问的目标设备的相应号码。
• Ext Register和Reigister Number存放寄存器号。
• 配置请求报文的其他字段必须为一下值：
  
  

2.4.4 消息请求报文头格式

• PCIe总线规定了一下几类消息报文：

  • INTx Interrupt Signaling INTx中断信息包
  • Power Management 电源管理机能。
  • Error Signaling错误信息包
  • Locked Transaction Support 锁住交易的支持
  • Slot Power Limit Support插槽电源限制的支持
  • Vendor-Defined Messages制造商自行定义信息

• INTx 中断消息报文