RK3399_PCIe芯片手册解读

文章目录

RK3399_PCIe芯片手册解读
参考资料：
- 一、 AXI总线
- - 1.1 连接方式
  - 1.2 五个通道
  - 1.3 信号线
  - 1.4 PCIe控制器
- 二、地址空间和寄存器介绍
- - 2.1 想达到的目的
  - 2.2 地址空间
  - 2.3 寄存器介绍
  - - 2.3.1 用于配置空间
    - 2.3.2 用于内存和IO
- 三、访问示例
- - 3.1 配置空间读写示例
  - - 3.1.1 配置Region 0用于读写配置空间
    - 3.1.2 配置Region 0地址转换
    - 3.1.3 CPU读写Region 0的地址
  - 3.2 MEM/IO读写示例
  - - 3.2.1 配置Region 1用于内存读写
    - 3.2.2 配置Region 1地址转换
致谢

参考资料：

《PCI Express Technology 3.0》，Mike Jackson, Ravi Budruk; MindShare, Inc.
《PCIe扫盲系列博文》，作者Felix，这是对《PCI Express Technology》的理解与翻译
《PCI EXPRESS体系结构导读 (王齐)》
《PCI Express_ Base Specification Revision 4.0 Version 0.3 ( PDFDrive )》
《NCB-PCI_Express_Base_5.0r1.0-2019-05-22》
SOC中AXI总线是如何连接的
AXI总线整理总结
PCIe中MSI和MSI-X中断机制
开发板资料：
- 开发板Firefly-rk3399资料

AXI相关：

ug1037-vivado-axi-reference-guide.pdf

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AXI总线你需要知道的事儿
AXI总线整理总结
AMBA、AHB、APB、AXI总线介绍及对比

一、 AXI总线

1.1 连接方式

我们一直使用这个图来简化CPU与外设之间的连接：

实际芯片中，CPU与外设之间的连接更加复杂，高速设备之间通过AXI总线连接。AXI总线总传输数据的双方分为Master和Slave，Master发起传输，Slave回应传输。Master和Slave是多对多的关系，它们之间读、写可以同时进行的，内部结构图如下：

1.2 五个通道

在AXI总线中，读写可以同时进行，有5个通道：

读：
- 读地址通道：传输读操作的地址
- 读数据通道：传输读到的数据
写：
- 写地址通道：传输写操作的地址
- 写数据通道：传输要写的数据
- 写响应通道：传输写操作的结果

通道名称	通道功能	数据流向
read address	读地址通道	主机->从机
read data	读数据通道（包括数据通道和读响应通道）	从机->主机
write address	写地址通道	主机->从机
write data	写数据通道	主机->从机
write response	写响应通道	从机->主机

1.3 信号线

我们只列出本节视频关心的信号线：

信号	AXI4	AXI4-Lite
AWADDR	写地址通道：地址线，最多可达64位	写地址通道：地址线，最多可达64位
WDATA	写数据通道：数据线，32~1024位	写数据通道：数据线，32位
ARADDR	读地址通道：地址线，最多可达64位	读地址通道：地址线，最多可达64位
RDATA	读数据通道：数据线，32~1024位	写数据通道：数据线，32位

1.4 PCIe控制器

RK3399的PCIe控制器就是挂在AXI总线上，在芯片手册中可以看到：

AWADDR：AXI总线的写地址通道地址线，简单理解就是CPU要写PCIe控制器时发出的地址线
ARADDR ：AXI总线的读地址通道地址线，简单理解就是CPU要读PCIe控制器时发出的地址线

二、地址空间和寄存器介绍

2.1 想达到的目的

使用PCIe时，我们编程时想达到这个目的：

CPU读写某个地址，就可以读写某个PCIe设备的配置空间：
CPU读写某个地址，就可以读写某个PCIe设备的内存、寄存器：

简单地说，就是把CPU发出的addr，转换为右边的TLP头部：PCI地址、头部的其他信息。

这涉及两部分：

怎么把CPU地址转换为PCI地址
怎么提供TLP头部信息中的其他部分

2.2 地址空间

RK3399访问PCIe控制器时，CPU地址空间可以分为：

Client Register Set：地址范围 0xFD000000~0xFD7FFFFF，比如选择PCIe协议的版本(Gen1/Gen2)、电源控制等
Core Register Set ：地址范围 0xFD800000~0xFDFFFFFF，所谓核心寄存器就是用来进行设置地址映射的寄存器等
Region 0：0xF8000000~0xF9FFFFFF , 32MB，用于访问外接的PCIe设备的配置空间
Region 1：0xFA000000~0xFA0FFFFF，1MB，用于地址转换
Region 2：0xFA100000~0xFA1FFFFF，1MB，用于地址转换
……
Region 32：0xFBF00000~0xFBFFFFFF，1MB，用于地址转换

其中Region 0大小为32MB，Region1~31大小分别为1MB。

CPU访问Region 0的地址时，将会导致PCIe控制器发出读写配置空间的TLP。

CPU访问Region 1~32的地址时，将会导致PCIe控制器发出读写内存、IO空间的TLP。

2.3 寄存器介绍

CPU访问一个地址，导致PCIe控制器发出TLP。TLP里含有PCIe地址、其他信息。

这些寄存器必定涉及这2部分：

地址转换：把CPU地址转换为PCIe地址
提供TLP的其他信息

Region0、Region1~32，每个Region都有类似的寄存器。

一个Region，可以用于读写配置空间，可以用于读写内存空间、可以用于读写IO空间，还可以用于读写消息。

这由Region对应的寄存器决定。

每个Region都有一样寄存器，以Region 0为例，有6个寄存器：

CPU访问某个Region时，它是想干嘛？

读写配置空间、发出对应TLP？
读写内存空间、发出对应TLP？
读写IO空间、发出对应TLP？
读写消息、发出对应TLP？

到底是发出哪种TLP，由Region对应的ob_desc0寄存器决定：

ob_desc0[3:0]	作用
1010	发出的TLP用于访问Type 0的配置空间
1011	发出的TLP用于访问Type 1的配置空间
0010	发出的TLP用于读写内存空间
0110	发出的TLP用于读写IO空间
1100	发出的TLP是"Normal Message"
1101	发出的TLP是"Vendor-Defined Message"

CPU访问某个Region时，最终都是要发出TLP，TLP的内容怎么确定？

地址信息：ob_addr0/1把CPU地址转换为PCIe地址，提供TLP里面的地址信息
其他信息：ob_desc0/1/2/3提供TLP的其他信息

2.3.1 用于配置空间

Region0一般用于读写配置空间，它对应的寄存器如下：

2.3.2 用于内存和IO

三、访问示例

3.1 配置空间读写示例

要读写设备的配置空间，首先要定位：Bus/Dev/Function/Reg：

怎么发出这些"Bus/Dev/Function/Register"信息？如下图所示：

当Region 0的寄存器ob_desc0[3:0]被配置为读写配置空间时， CPU发出Region 0的地址，地址里面隐含有这些信息：

Bus：cpu_addr[27:20]
Dev：cpu_addr[19:15]
Fun：cpu_addr[14:12]
Reg：cpu_addr[11:0]

使用过程步骤如下。

3.1.1 配置Region 0用于读写配置空间

3.1.2 配置Region 0地址转换

比如我们可以设置bit[5:0]为27，意味着cpu_addr[27:0]这28条地址线都会传入TLP。

3.1.3 CPU读写Region 0的地址

Region 0的地址范围是：0xF8000000~0xF9FFFFFF。

CPU想访问这个设备：Bus=bus,Dev=dev,Fun=fun,Reg=reg，那么CPU读写这个地址即可：

0xF8000000 + (bus<<20) | (dev<<15) | (fun<<12) | (reg)

3.2 MEM/IO读写示例

3.2.1 配置Region 1用于内存读写

3.2.2 配置Region 1地址转换

addr0、addr1寄存器里保存的是PCIe地址，也就是CPU发出这个Region的CPU地址后，将会转换为某个PCI地址。

怎么转换？由addr0、addr1决定。

Region 1的CPU地址范围是：0xFA000000~0xFA0FFFFF，是1M空间。

我们一般会让PCI地址等于CPU地址，所以这样设置：

addr0：
- [5:0]等于19，表示CPU_ADDR[19:0]共20位地址传入TLP
- [31:8]等于0xFA0000
addr1：设置为0

如上设置后，CPU读写地址时0xFA0???，就会转换为PCI地址：0xFA0???，转换过程如下：

pci_addr = cpu_addr[19:0] | (addr0[31:20] << 20) | (addr1<<32)= 0x????? + (0xFA0 << 20) | (0 << 32)= 0xFA0?????

致谢

以上笔记源自韦东山老师的视频课程，感谢韦老师,韦老师是嵌入式培训界一股清流，为嵌入式linux开发点起的星星之火，也愿韦老师桃李满园。聚是一团火，散是满天星！

在这样一个速食的时代，坚持做自己，慢下来，潜心琢磨，心怀敬畏，领悟知识，才能向下扎到根，向上捅破天，背着世界往前行！
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