PCIE 6.0 (二)

基本結構和功能層介紹

⊙RC和EP ⊙layer

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PCIE 的拓撲結構

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首先為大家說明一下，在電路中一條鏈路表示兩個組件之間的dual-simplex通信通道。 基本的 PCI Express 鏈路由兩個低電壓、差分驅動的信號對組成：一個發送對和一個接收對。同時在PCIE中術語 GT/s 用于指代在lane上每秒傳輸的編碼位數，這里lane指的就是一組差分信號對（一對用于傳輸，一對用于接收）。 為了擴展帶寬，一個鏈路可以聚合多個通道，表示為xN 其中 N 可以是任何受支持的鏈路寬度。 以 2.5 GT/s 數據速率運行的 x8 鏈路代表每個方向上原始帶寬的總帶寬為 20 G bits。

PCIE的結構由一組互連組件的點對點鏈路組成下圖顯示了該拓撲結構。此圖說明了兩個層次結構，一個層次結構由一個根聯合體 (Root complex,RC) 組成，另一個則是多個端點(Endpoint,EP)和多個交換機(Switch)組成，他們通過 PCI Express 鏈路互連。

RC

• RC 表示將 CPU/內存子系統連接到 I/O 的 I/O 層次結構的根。如上圖所示，一個RC 可以支持一個或多個PCI Express 端口。 每個接口定義一個單獨的層次結構域。 每個層次結構域可以由單個端點或包含一個或多個 Switch 組件和端點子層次結構組成
• 與 Switch 的規則不同，在層次結構域之間對等路由事務時，通常允許 RC 將數據包拆分為更小的數據包例如，將具有 256 字節有效負載的單個數據包拆分為 兩個 128 字節有效負載的數據包。 生成的數據包受本規范中包含的正常數據包形成規則的約束（例如，Max_Payload_Size, Read Completion Boundary

與 Switch 的規則不同，在層次結構域之間對等路由事務時，通常允許 RC 將數據包拆分為更小的數據包（除了下面提到的），例如，將具有 256 字節有效負載的單個數據包拆分為 兩個 128 字節有效負載的數據包。 生成的數據包受本規范中包含的正常數據包形成規則的約束（例如，Max_Payload_Size、Read Completion Boundary

（RCB）等）。

EP

Endpoint指的是一種功能，它可以代表自己或代表不同的非 PCI Express 設備（PCI 設備或主機 CPU 除外）作為 PCI Express 事務的請求者或完成者，例如 PCI Express 連接圖形控制器或 PCI Express-USB 主機控制器。 端點分為傳統、PCI Express 或根復合體集成端點 (RCiEP)

SWITCH

Switch的概念是在PCI-E時代引入的，其相對于橋最大的一個本質區別就是同一個Bus內部的多個角色之間采用的是Switch交換而不是Bus。PCI-X時代真的是使用共享Bus傳遞數據，這就意味著仲裁，意味著低效率。然而，PCI-E保留了PCI-X體系的基本概念，比如依然沿用“Bus”這個詞，以及“橋/Bridge”這個詞，但是這兩個角色都成為了虛擬角色。一個Switch相當于一個虛擬橋+虛擬Bus的集合體，每個虛擬橋（VB）之下只能連接一個端點設備（也就是最終設備/卡，End Point/EP）或者級聯另外一個Switch，而不能連接到一個Bus，因為物理Bus已經沒了。這種Fanout形式依然必須遵循樹形結構，因為樹形結構最簡單，沒有環路，不需要考慮復雜路由。

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**## PCIe 的分層結構

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PCI Express 使用數據包在組件之間傳遞信息。 數據包在事務和數據鏈路層中形成，以將信息從傳輸組件傳送到接收組件。 當傳輸的數據包流經其他層時，它們會使用處理這些層上的數據包所需的附加信息進行擴展。 在接收端發生相反的過程，數據包從它們的物理層表示轉換為數據鏈路層表示，最后（對于事務層數據包）轉換為接收設備的事務層可以處理的形式。下圖表示一個傳輸的報文在不同層攜帶的信息。

Transaction Layer

PCIE架構的上層是事務層。 事務層的主要職責是組裝和拆卸 TLP（Transaction Layer Packet）。 TLP 用于通信事務，例如讀取和寫入，以及某些類型的事件。 事務層還負責管理 TLP 的基于信用的流量控制。 每個需要響應數據包的請求數據包都被實現為拆分事務。 每個數據包都有一個唯一的標識符，使響應數據包能夠被定向到正確的發起者。 數據包格式支持不同形式的尋址，具體取決于事務類型（內存、I/O、配置和消息）。 數據包還可能具有諸如無監聽、寬松排序和基于 ID 排序 (IDO) 等屬性。

Transaction Layer 支持四種地址空間：它包括三種 PCI 地址空間（內存、I/O 和配置）并增加了消息空間。 此規范使用消息空間來支持所有先前的邊帶信號，例如中斷、電源管理請求等，作為帶內消息事務。 可以將 PCI Express 消息報文視為“虛擬線路”，因為它們的作用是消除平臺實現中當前使用的大量邊帶信號。

Data Link Layer

PCIE中的中間層，即數據鏈路層，充當事務層和物理層之間的中間階段。 數據鏈路層的主要職責包括鏈路管理和數據完整性，包括錯誤檢測和錯誤糾正。

數據鏈路層的傳輸端接受事務層組裝的TLP，計算并應用數據保護碼和TLP序列號，并將它們提交給物理層以跨鏈路傳輸。接收數據鏈路層負責檢查接收到的完整性 TLP 并將它們提交給事務層進行進一步處理。 在檢測到 TLP 錯誤時，該層負責請求重傳 TLP，直到信息被正確接收，或者鏈路被確定失敗。

數據鏈路層還生成和使用用于鏈路管理功能的數據包。 為了將這些數據包與事務層 (TLP) 使用的數據包區分開來，在指代在數據鏈路層生成和使用的數據包時，將使用數據鏈路層數據包 (DLLP)。

Physical Layer

物理層包括用于接口操作的所有電路，包括驅動器和輸入緩沖器、并行到串行和串行到并行的轉換、PLL(s) 和阻抗匹配電路。 它還包括與接口初始化和維護相關的邏輯功能。 物理層以特定于實現的格式與數據鏈路層交換信息。 該層負責將從數據鏈路層接收到的信息轉換為適當的序列化格式，并以與連接到鏈路另一端的組件兼容的頻率和寬度通過 PCI Express 鏈路傳輸它。

PCI Express 架構具有“掛鉤”，可通過速度升級和高級編碼技術支持未來的性能增強，通俗點來說即PCIE 6.0架構完全兼容PCIE5.0 及以下版本。