PCIE 6.0 (二)

基本結(jié)構(gòu)和功能層介紹

⊙RC和EP ⊙layer

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PCIE 的拓撲結(jié)構(gòu)

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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(qū)動的信號對組成：一個發(fā)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?shù)木幋a位數(shù)，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(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)由一組互連組件的點對點鏈路組成下圖顯示了該拓撲結(jié)構(gòu)。此圖說明了兩個層次結(jié)構(gòu)，一個層次結(jié)構(gòu)由一個根聯(lián)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(nèi)存子系統(tǒng)連接到 I/O 的 I/O 層次結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)域。 每個層次結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)組成
• 與 Switch 的規(guī)則不同，在層次結(jié)構(gòu)域之間對等路由事務時，通常允許 RC 將數(shù)據(jù)包拆分為更小的數(shù)據(jù)包例如，將具有 256 字節(jié)有效負載的單個數(shù)據(jù)包拆分為 兩個 128 字節(jié)有效負載的數(shù)據(jù)包。 生成的數(shù)據(jù)包受本規(guī)范中包含的正常數(shù)據(jù)包形成規(guī)則的約束（例如，Max_Payload_Size, Read Completion Boundary

與 Switch 的規(guī)則不同，在層次結(jié)構(gòu)域之間對等路由事務時，通常允許 RC 將數(shù)據(jù)包拆分為更小的數(shù)據(jù)包（除了下面提到的），例如，將具有 256 字節(jié)有效負載的單個數(shù)據(jù)包拆分為 兩個 128 字節(jié)有效負載的數(shù)據(jù)包。 生成的數(shù)據(jù)包受本規(guī)范中包含的正常數(shù)據(jù)包形成規(guī)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(tǒng)、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(zhì)區(qū)別就是同一個Bus內(nèi)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(shù)據(jù)，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(lián)另外一個Switch，而不能連接到一個Bus，因為物理Bus已經(jīng)沒了。這種Fanout形式依然必須遵循樹形結(jié)構(gòu)，因為樹形結(jié)構(gòu)最簡單，沒有環(huán)路，不需要考慮復雜路由。

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**## PCIe 的分層結(jié)構(gòu)

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PCI Express 使用數(shù)據(jù)包在組件之間傳遞信息。 數(shù)據(jù)包在事務和數(shù)據(jù)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?shù)臄?shù)據(jù)包流經(jīng)其他層時，它們會使用處理這些層上的數(shù)據(jù)包所需的附加信息進行擴展。 在接收端發(fā)生相反的過程，數(shù)據(jù)包從它們的物理層表示轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)鏈路層表示，最后（對于事務層數(shù)據(jù)包）轉(zhuǎn)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?shù)膱笪脑诓煌瑢訑y帶的信息。

Transaction Layer

PCIE架構(gòu)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(shù)據(jù)包的請求數(shù)據(jù)包都被實現(xiàn)為拆分事務。 每個數(shù)據(jù)包都有一個唯一的標識符，使響應數(shù)據(jù)包能夠被定向到正確的發(fā)起者。 數(shù)據(jù)包格式支持不同形式的尋址，具體取決于事務類型（內(nèi)存、I/O、配置和消息）。 數(shù)據(jù)包還可能具有諸如無監(jiān)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(nèi)存、I/O 和配置）并增加了消息空間。 此規(guī)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(nèi)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(xiàn)中當前使用的大量邊帶信號。

Data Link Layer

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

數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸端接受事務層組裝的TLP，計算并應用數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)鏈路層還生成和使用用于鏈路管理功能的數(shù)據(jù)包。 為了將這些數(shù)據(jù)包與事務層 (TLP) 使用的數(shù)據(jù)包區(qū)分開來，在指代在數(shù)據(jù)鏈路層生成和使用的數(shù)據(jù)包時，將使用數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)包 (DLLP)。

Physical Layer

物理層包括用于接口操作的所有電路，包括驅(qū)動器和輸入緩沖器、并行到串行和串行到并行的轉(zhuǎn)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(xiàn)的格式與數(shù)據(jù)鏈路層交換信息。 該層負責將從數(shù)據(jù)鏈路層接收到的信息轉(zhuǎn)換為適當?shù)男蛄谢袷剑⒁耘c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(gòu)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(gòu)完全兼容PCIE5.0 及以下版本。