PCIe ARI (Alternative Routing-ID Interpretation)介绍
✨1. ARI 背景介绍
Alternative Routing-ID Interpretation,顾名思义,可替换的Routing ID,意味着这是一种要把Routing ID的部分或全部替换掉的机制。通常来讲,Requester ID和Comleter ID等Routing ID由Bus Number, Device Number, Function Number (BDF) 3个字段组成,其中Bus Number 8-bit,Device Number 5-bit,Function Number 3-bit,一共16-bit。即最多支持256个Bus、32个Device及8个Function。由于PCIe采用端到端的传输方式,每一个链路仅挂载一个设备,Device数量为1,Device Number恒为0,采用5-bit宽的Device Number没有意义;此外3-bit Function Number最高支持8个Function,对有多个VM的SR-IOV系统而言,8个Function稍显不足。
基于以上原因,从PCIe Gen3开始提供一种ARI机制,取消了Device Number字段,合并到Function Number字段中,这样Routing ID便变成了8-bit Bus Number + 8-bit Function Number的格式,最多支持的Bus数量不变,支持的Function数量增大到256个。
✨2. ARI 扩展能力结构
具备ARI能力的PCIe设备需实现ARI扩展能力结构。ARI扩展能力结构如下图图1所示,有ARI扩展能力头标、ARI控制寄存器、ARI能力寄存器三部分。以下ARI扩展能力结构仅适用于Device,不适用于RP、Switch下行端口、RCiEP、RC事件收集器等。
图1 ARI Extended Capability
ARI Extended Capability Header
: ARI扩展能力头标(图2),用以指示该设备具备ARI能力、ARI能力版本及下一能力的偏移。ARI Capability Register
:ARI能力寄存器(图3),MFVC Function Groups Capability用以指示具备MFVC能力的ARI设备是否支持Function Group粒度的仲裁,ACS Function Groups Capability用以指示具备ACS P2P出口控制的ARI设备是否支持Function Group粒度的访问,这两个字段仅用于Function0,其余Function该字段需置零。Next Function Number字段用以指示该Device中的下一Function Number,若没有则置零。ARI Control Register
:ARI控制寄存器(图4),用以开启MFVC Function Group Capability及ACS Function Group Capability,Function Group字段用以指示当前Function所属的Function Group Number。
图2 ARI Extended Capability Header
图3 ARI Capability Register
图4 ARI Control Register
✨3. ARI 能力使用准备工作
在正式使用ARI能力之前有两个重要工作要做,即 ① 检测组件是否具备ARI能力,② 配置各组件的ARI能力,详细介绍如下。
软件枚举PCIe拓扑并判断组件是否支持ARI扩展能力。对于常规ARI设备,可检测设备是否实现了ARI扩展能力结构来判断其是否具备ARI扩展能力;对于具备ARI能力的Switch下行端口,则要检测设备能力2寄存器来判断其是否支持ARI。
软件使能各组件的ARI功能,应注意以下细节:
1️⃣ 在紧接的下游组件为ARI设备的ARI Switch下行端口中,软件配置其设备控制2寄存器ARI Forwarding Enable位(图5)来打开该端口的ARI转发功能,这样当Switch下行端口在把Type1类型的配置请求转换为Type0类型时,就会关掉Switch原有的Device Number字段,确保配置请求能够访问到该下行端口下游紧邻的ARI设备中的扩展Function(扩展Function是指ARI设备中Function ID大于7的Function)。如果没有开启Switch下行端口的ARI转发功能,那么软件在枚举的时候将无法发现并配置该端口下游ARI设备中的扩展Function。
2️⃣ ARI设备中,扩展Function必须响应Type0类型的配置请求。
3️⃣ 若ARI设备实现了带有Function仲裁的多Function VC (MFVC)能力结构,同时实现了MCFVC Function Group,则软件需对多个Function进行归类,归类到指定的Function Group。最大支持8个Function Group;对于相同Function Group的Function,其Function Group Number相同;
4️⃣ 若ARI设备支持ACS P2P出口控制,访问控制的粒度可以基于Function亦可以基于Function Group。
5️⃣ 对于支持并开启了 多Function VC仲裁 或 ACS P2P出端口控制 的情况,若非必须基于单Function的细粒度仲裁/控制,那么采用基于Function Group粒度的仲裁/控制不失为一种更优的选项。
6️⃣ 为提升枚举性能减少不确定性,软件可基于Function Number链表来对PCIe拓扑中的Function进行枚举。Function 0是链表的头,若检测到其ARI能力寄存器Next Function Number字段非零则进行下以Function的扫描。⚠️注意:Function Number不一定是连续的。
具备ARI能力的设备Function不支持Phantom Function功能,但仍然支持扩展Tag及10-bit Tag的请求者。因此需要把Function设备能力寄存器的Phantom Functions Supported置零(图6)。
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