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根据前文可知，事务层数据类型分为四大类，Memory、I/O、配置和消息，每一大类均有很多小类，而且具有三种路由模式即ID路由、地址路由和模糊路由，又有两种传输机制即Non-Posted和Posted，帧格式有分为3DW和4DW两种类型，似乎很乱，接下来就理一下其中关系，首先要说明下为什么要这样搞。

就是为了满足不同功能设备在PCIE架构下进行数据交换的需求。

2.2 PCIE的事务类型

2.2.1 通用帧头

前文说PCIE分为四种事务类型，即内存、I/O、配置和消息。其实除此之外还被分为3DW和4DW。意思是帧头是3个双字还是4个双字，16bit为字，双字就是32bit。4DW就是比3DW包含更多的帧信息。而且把，四种事务类型只是四大类，其中各自还包含很多子事务类型。而这些设置都是在事务层的帧信息中体现，如下图所示。

其实，事务层数据包格式是这样的

其中“TLP Prefix”是前缀，可添加的数据内容，暂且不说了

Header是帧头，也是当前主要阐述的内容，总的来说，帧头形式如下，但根据Type的不同也变化多样。

如下图是所有TLP数据包所具有的帧头，也就是最前面的32bit。

1、Fmt

即Format of TLP，这是一个3bit数，用来确定TLP的格式。注意是格式，不是类型，如下表所示。其中，3DW和4DW意思是帧头是3个双字还是4个双字，16bit为字，双字就是32bit。4DW就是比3DW包含更多的帧信息，且对与不同帧类型其定义也是不同的。例如，fmt=0，表示帧头长度时3个32bit，且不包含数据内容。

2、type

这个是用来表示传输类型的，与fmt结合，就确定了数据包的属性。PCIE对数据类型分为四大类，也称为四大地址空间，每一种都有其独特的用途，分别是存储、I/O、配置和消息，如下图所示。

存储事务（Memory Transactions）包括的事务类型有读请求与响应、写请求、基于原子操作的请求与响应，并且支持3DW和4DW。

I/Ο事务（I/O Transactions），在PCIE3.0规范中说以后可能弃用该类型了，目前还是支持的，支持读、写的请求与响应，并只支持3DW。

配置事务（Configuration Transactions）用来访问设备的配置寄存器的，支持读、写的请求与响应事务类型。

消息事务（Message Transactions）支持设备间的带内通信（in-band），可能是支持设备间的数据交换吧，暂时不理解。

总之，PCIE的事务分为这四大类，并由3DW和4DW的选择共同确定了事务属性，如下表所示。

TLP TYPE	Fmt	TYPE	描述
MRd	000/001	0_0000	存储事务的读请求，支持帧头为3DW和4DW，不含数据段
MRdLK	000/001	0_0001	锁定的存储器读请求，支持帧头为3DW和4DW，不含数据段
MWr	010/011	0_0000	存储事务的写请求，支持帧头为3DW和4DW，含数据段
IORd	000	0_0010	I/O读请求，支持帧头为3DW，不含数据段
IOWr	010	0_0010	I/O写请求，支持帧头为3DW，含数据段
CfgRd0	000	0_0100	Type0的配置读请求，支持帧头为3DW，不含数据段
CfgWr0	010	0_0100	Type0的配置写请求，支持帧头为3DW，含数据段
CfgRd1	000	0_0101	Type1的配置读请求，支持帧头为3DW，不含数据段
CfgWr1	010	0_0101	Type1的配置写请求，支持帧头为3DW，含数据段
TCfgRd	000	1_1011	PCIE3.0规范不推荐的数据类型，以前用于受信任的配置空间（TCS），如果接收方未实现TCS，则接收方必须将此类请求视为格式错误的数据包。
TCfgWr	010	1_1011
Msg	001	10r2r1r0	消息请求–子字段r [2:0]指定消息路由机制 000:路由到RC 001: 010: 011: 100: 101: 110-111:
MsgD	011	10r2r1r0
Cpl	000	0_1010	Completion without Data。支持帧头为3DW，不含数据段，用于各种数据类型的读完成。
CplD	010	0_1010	Completion with Data。支持帧头为3DW，含数据段，用于各种数据类型的读完成。
CplLk	000	0_1011	锁定的完成报文，TLP 头大小为 3 个双字，不带数据。
CplDLk	010	0_1011	带数据的锁定完成报文，TLP 头大小为 3个双字，带数据。
FetchAdd	010/011	0_1100	Fetch and Add 读取添加原子操作
Swap	010/011	0_1101	交换，原子操作
CAS	010/011	0_1110	CAS，原子操作
LPrfx	100	0L3L2L1L0	Local TLP Prefix
EPrfx	100	1L3L2L1L0	End-End TLP Prefix

3、TC

位宽3bit，是Traffic Class的缩写。表示事务的优先级，默认是0，数越大优先级越高。但对它的理解并不是我们通常所说的的优先级，是和虚拟通道有关系的。PCIE总线支持虚拟通道，也就是VC（Virtual Channel）技术，优先级不同的数据报文可以使用不同的虚拟通路，每一路虚通路可以独立设置缓冲，从而可以使得优先级高的有限传输。这也解决了服务质量的问题。默认是0，因为大多EP是没有该功能的。

（题外话，服务质量，即Quality of Service(QoS)，百度百科说是指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。重点就是解决网络延迟和阻塞，前往也说了，PCI是没有该功能的）

4、Attr

Attributes的缩写，属性的意思。“属性”字段用于提供允许修改事务的默认处理的方式。

其中第0位表示TLP经过RC到达存储器时，是否需要与Cache保持一致性，第一位表示是否支持“Relaxed Ordeing”模式，这种模式可以使得后一个存储器写TLP包穿越前一个，提高PCIE总线的利用率，第二位是是否支持“ID-Based Ordering”，这是PCIE V2.1引入的一种新的模型，IDO模型，该模型主要是用于switch，实现一进多出转变为一一对应。

5、TH

位宽1bit，表示当前 TLP 中含有 TPH(TLP Processing Hint)信息， TPH 是 PCIe V2.1 总线规范引入的一个重要功能。 TLP 的发送端可以使用 TPH 信息，通知接收端即将访问数据的特性，以便接收端合理地预读和管理数据

6、TD位

表示 TLP 中的 TLP Digest 是否有效，为 1 表示有效，为 0 表示无效。而 EP 位表示当前 TLP 中的数据是否有效，为 1 表示无效，为 0 表示有效。

7、AT

AT 字段与 PCIe 总线的地址转换相关。在一些 PCIe 设备中设置了 ATC(Address

Translation Cache)部件，这个部件的主要功能是进行地址转换。只有在支持 IOMMU 技术的处理器系统中， PCIe 设备才能使用该字段。

AT 字段可以用作存储器域与 PCI 总线域之间的地址转换，但是设置这个字段的主要目的是为了方便多个虚拟主机共享同一个 PCIe 设备。对这个字段有兴趣的读者可以参考 Address Translation Sevices 规范，这个规范是 PCI 的 IO Virtualization 规范的重要组成部分。

8、Length

Length 字段用来描述 TLP 的有效负载(Data Payload)大小。 PCIe 总线规范规定一个 TLP的 Data Payload 的大小在 0B～ 4096B 之间。 PCIe 总线设置 Length 字段的目的是提高总线的传送效率。

2.2.2 内存事务

内存事务是指存储器和I/O的读写请求还有原子请求操作，并且支持地址长度为32位或64位两种，如下图是两种格式，下面就简单介绍。

1、Length

表示数据包中的数据长度，大小为0到0x3FF，当该值为0时则表示数据长度为1024DW，那么是不是意味着必须含有数据信息呢？按理说读写数据含有数据信息是必然的，但设计者还是提供了一种方式表示不含数据包的形式，用于实现读刷新工作，成为“Zero-Length”。实现方式是将Length置一，且“Last DW BE”和“1st DW BE”均为0。

2、DW EB字段

PCIE总线以字节为单位就那些数据的传递存储，但Length的最小单位是32bit。所以需要用“Last DW BE”和“1st DW BE”这两个字段进行字节使能，使得在一个TLP中，有效数以字节为单位。其中“Last DW BE”表示数据的最后一个双字中的有效位，“1st DW BE”表示字段的每一位对应数据Payload第一个双字的字节使能位。

3、Requester ID和Tag字段

“Requester ID”的15bit包括生成报文的总线号（8bit ，Bus Number）、设备号（5bit，Device Number）和功能号（3bit，Function），但对于存储器写请求的TLP，“Requester ID”并不是必须的，因为目标设备并不需要对接收数据进行应答。但对于存储器的读请求、I/O和配置读写请求则必须该字段。

存储器、I/O读请求TLP中含有Requester ID和Tag字段，合称为“Transaction ID”，格式如下所示，主要是用于请求TLP的目标设备用于返回确定完成数据包的返回地址。Tag用来标识Requester ID相同的同类不同类型的数据包。对于PCIE总线，所有的Non-Posted数据请求都需要完成报文作为应答，才能结束一次完整的数据传递。一个源设备发出请求若没有收到完成数据包就会保存“Transaction ID”不能再被使用，这里主要的区别就在于Tag字段，Tag决定了发送端能够暂存多少个同类型的TLP。

另外，PCIE2.1总线还提出来另一种Requester ID格式，叫做ARI（Alternative Routing-ID Interpretation）格式，这种格式将Requester ID分为了总线号（8bit ，Bus Number）、功能号（3bit，Function）两种。因为PCIE链路上仅可能存在一个PCIE设备，因而Device 会为0。

I/O 读写请求与存储器读写请求TLP格式基本类似，但只能是32位地址模式和基于地址的路由方式，且只能使用NON-Posted方式进行传递，这也是为了兼容PCI，在以后的协议几乎要取消I/O 读写请求了。另外，对于I/O读写请求，TC必须为0、Attr的低两位必须为0、AT必须为0、Length必须为1，Last DW必须为0。

2.2.3 完成事务

以我理解，PCIE会有读请求、会有需要响应的写内存等操作，这时候需要目标设备的返回数据包，这个数据包我们不能严格意义上称之为响应数据包，因为有些数据是用来传递数据的，所以我们将其称为完成事务，因为这类事务或者说数据包都是被动发起的。

完成报文如下图所示，完成报文主要用于两类操作，一类是用于数据传递的，例如一个设备发来了读请求（MDR）、I/O读请求（IORd）、配置读请求（CFGRdx）以及原子操作，当我们接收到这类数据包时需要返回对应内容，返回的数据内容必然携带数据信息。另一类是I/O写请求（IORd）、配置写请求，它们时Non-Poste模式，需要对其响应（应答），当收到这样一包数据后就会发送一包不含数据信息的数据，也就是完成报文。无论何种类型，完成事务都采用ID路由的方式，即BDF路由方案，下面我们就解析下完成事务的帧格内容。

1、第一行(Byte0~Byte3)

这行内容是通用帧头，Fmt有“010”和“000”两种，分别表示含有有效数据和不含有有效数据内容。Type也分为“01010”和“01011”两种，表示不锁定的完成报文和锁定的完成报文。

2、Requester ID(Byte 8)

首先说请求ID，这个与内存事务的请求ID一致，该字段与Tag组成“Transaction ID”用来实现数据包的路由。当收到了上文所说的读请求（MDR）、I/O读请求（IORd）、配置读请求（CFGRdx）以及原子操作，需将接收数据包中的“Transaction ID”填充到此进行返回。

3、Completer ID(Byte4)

首先明确一件事情，对于ID路由模式，依靠的是“Transaction ID”，也就是Requester ID和Tag组合，所以“Completer ID”并不具有路由功能。它的存在是当发送的报文是用来实现应答响应功能时所要添加的。

4、Compl Status

这是一个3bit数，该字段保存完成报文的状态，具体如下

Status	描述
0b000	SC(Sucessful Completion)，响应成功，正常结束
0b001	UR(Unsupported Request)，不支持的数据请求
0b010	CRS(Configuration Request Retry Status)，要求数据请求方进行重试。当RC对一个PCIE目标设备发起配置请求时，如果该目标没有准备好，可以向RC发出CRS完成报文，当RC收到该报文时不能结束本次配置请求，必须择时重新发送配置请求。
0b100	CA(Completion Abort)，数据夭折，表示目标设备无法完成本次数据请求
其它	保留

5、BCM和Byte Count

BCM(Byte Count Modified)是用于PCI-X设备的。PCI-X设备进行存储器读请求时，目标设备不一定一次就能将所有数据传递给源设备。此时目标设备在进行第一次数据传递时，需要设置Byte Count字段和BCM位，具体的日后有空补充吧，貌似不耽误学习PCIE。

6、Lower Address字段

如果完成报文是用来传递数据的，那么该字段存放的是存储器都完成TLP中的第一个数据所对应地址的最低位。因为在完成报文中，并没有“Last DW BE”和“1st DW BE”。但协议格式似乎并没有字段产生该报数据的长度，这些内容是在其它地方定义，称之为“Max_Payload_Size”和“Max_Read_Request_Size”。

2.2.4 配置事务

配置是从PCI就有的机制，PCIE继承了PCI的配置方式。对于PCIE，配置是由RC发起的，采用ID路由方式与目标设备进行数据交换实现配置功能，如下为配置事务的帧格式。

1、第一行(Byte0~Byte3)

这部分是通用帧头，与前文所述一致，但对于配置事务，有些字段是固定的。Fmt=000是配置读，=010是配置写，TC必须为0。Attr必须为0，Length必须为1。last DW必须为0。1st DW 字段根据配置读写请求的大小设置。

2、第二行(Byte4~Byte7)

这部分和内存事务一样，存储本地的BDF。

3、第三行(Byte8~Byte11)

“BDF”指的是目标设备地址。Ext.Reg. Number 和Register Numbers是存放寄存器号的，这部分内容会在配置相关章节进行阐述。

消息报文主要用于INTx中断消息报文、电源管理消息报文、错误消息报文、锁定事务消息报文、插槽电源限制消息报文和Vendor-Defined Messages。

2.3事务传输方式

正如前文所述，数据交换是基于请求与完成（响应）的机制，分为Non-Posted和Posted两种模式。Non-Posted模式即请求端（requester transmits）发送完一包数据到目标设备（completer），目标设备要返回一包数据到请求设备，告知其接收情况。Posted模式则不需要目标设备返回TLP数据包，但在链路层有相关的应答机制用于维护链路传输，如下是不同事物类型的传输机制。

2.3.1 Non-Posted事物类型

如上表，Non-Posted模式有可分为两类，第一类是读事物，即MRd、MRdLk、IORd、CfgRd0/1，第二类是写事物，即IOWr、CfgWr0\1。

首先看第一类读事物，如下图所示。

第二类写事物，如下图所示。

2.3.2 Posted事物类型

post事物类型包括MWr、Msg和MsgD。

2.3.3 一个案例

欢迎关注“沧小海的FPGA”微信公众号，回复“PCIE”可获取相关资料，其中包括

1、协议规范的中文翻译

2、相关英文资料

3、PCIE的使用教程

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2.2.1 通用帧头