往期内容
本文章相关专栏往期内容，PCI/PCIe子系统专栏：
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- 深入解析非桥PCI设备的访问和配置方法
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- 深入解析PCIe设备事务层与配置过程
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目录
- 往期内容
- 1.三种路由方式
- 2.基于ID的路由
- 2.1 PCIe设备(Endpoint)的配置空间
- 2.2 PCIe桥的配置空间
- 2.3 组合
- 3.基于地址的路由
- 3.1 内存读写/IO读写
- 3.2 完成报文
- 3.3 示例
- 4.隐式路由
1.三种路由方式
数据传输时，最先要确定的是：怎么找到对方？
所谓"路由"，就是怎么找到对方，PCIe协议中有三种路由方式：
- 基于ID的路由
- 基于地址的路由
- 隐式路由
TLP中怎么表示自己使用哪种路由？TLP头部就表明了：
访问PCIe设备时，要先配置，才能读写数据：
-
配置读、配置写：使用基于ID的路由，就是使用<Bus, Device, Function>来寻找对方。配置成功后，每个PCIe设备都有自己的PCIe地址空间了。
-
内存读、内存写或者IO读、IO写：
- 发出报文给对方：使用基于地址的路由
- 对方返回数据或者返回状态时：使用基于ID的路由
-
各类消息，比如中断、广播等：使用隐式路由
2.基于ID的路由
TLP中含有<Bus number, Device number, Function number>，这就是ID。
配置成功后，每个PCIe设备，包括虚拟的PCIe桥，都分配到了地址空间：
- PCIe设备(Endpoint)：地址空间是自己的，别的设备访问这个地址范围时，就是想访问它
- PCIe桥：地址空间是下面的PCIe设备的，别的设备访问这个地址范围时，就是想访问它下面的设备
2.1 PCIe设备(Endpoint)的配置空间
Endpoint的配置空间里有"Base Address Regiseters"：
- 一开始：这些寄存器用来声明：需要多大的地址空间、是内存空间还是IO空间
- 被配置后：系统软件为它分配出地址空间，把首地址写入这些寄存器
下图来自《PCI Express_ Base Specification Revision 4.0 Version 0.3 ( PDFDrive ).pdf》：
2.2 PCIe桥的配置空间
PCIe桥的配置空间里有"Primary Bus Number、Secondary Bus Number、Subordinate Bus Number"：
- 配置PCIe桥的时候，系统软件会填充这些信息
- 对于ID路由，将根据这些信息转发报文
PCIe桥的配置空间里有"Memory Base、Prefetchable Memory Base、I/O Base"：
-
表示该桥下游所有设备使用的三组空间范围
- 存储器空间
- 可预取的存储器空间
- I/O空间
-
对于地址路由，将根据这些信息转发报文
下图来自《PCI Express_ Base Specification Revision 4.0 Version 0.3 ( PDFDrive ).pdf》：
2.3 组合
假设2号设备写入到配置空间的地址范围为AB，3号设备写入到配置空间地址范围是CD，那么1号桥设备所记录的地址空间范围就得包含下游设备的地址范围AB和CD。
3.基于地址的路由
PCIe设备(EndPoint)被配置后，它记录有分配给它的基地址。
PCIe桥也记录有下游PCI子树的基地址。
- PCIe桥监测总线上的信号，根据TLP里的地址决定是否转发到自己下面的总线上
- PCIe设备监测总线上的信号，根据TLP里的地址决定是否访问自己
- PCIe设备发出回应的报文时，使用基于ID的路由
3.1 内存读写/IO读写
需要注意的是Requester ID，这个是设备回应时所不可缺少的，报文回应的是基于ID的路由
3.2 完成报文
上图里面的Requester ID、TAG，被称为"Transaction ID"。
主设备要给EndPoint的内存写数据，它发出"内存写报文"，不需要对方回应。
主设备要读EndPoint的内存数据，它发出"内存读报文"，需要对方回应。
主设备要给EndPoint的IO写数据，它发出"IO写报文"，需要对方回应。
主设备要读EndPoint的IO数据，它发出"IO读报文"，需要对方回应。
- PCIe设备要回应时，回应谁？给"Requester ID"，使用基于ID的路由
- 发起PCIe传输的设备(主设备)，对每次传输都分配一个独一的Tag，并且在硬件内部保存当前TLP
- 接收到回应报文后，才会根据Tag清除掉内存中保存数据
- 如果没接收到回应，或者失败了：会把硬件中保存的TLP重新发送出去
回应的完成报文，可以含有数据，也可以不含数据，格式如下：
3.3 示例
TLP1：TLP1是要发送给EP1，那么其Requester ID就是RC的信息，RC回应EP21时，靠的就是Requester ID找到EP1，只有接收到回应，EP1中保存的发送的TLP信息才会删除，否则就会进行重发直到收到回应，而这个离不开TLP中的Tag字段（请求标签，用于追踪该请求）
4.隐式路由
隐式路由意味着无需显式指定目标设备（不使用Bus、Device、Function号），而是通过其他信息（如目标地址或ID）确定数据的传输路径。
根据不同的路由方式，PCIe消息可以在不同设备间传递，或直接发送至根复杂设备（Root Complex, RC）。
消息报文的头部格式如下：
消息报文中头部的Type字段里低3位表示隐式路由方式：
000：路由到Root Complex (RC)
- 这种类型的消息直接路由到PCIe总线的根复杂设备（RC），通常用于管理或状态查询的请求，RC负责处理这些消息。
- 示例：例如，PCIe设备请求RC进行特定的配置或查询操作。
001：使用地址路由
- 消息根据目标的内存地址或I/O地址来进行路由，基于配置阶段中分配的地址范围。地址路由在正常的数据读写操作中比较常见，但消息使用这种方式较为少见。
- 示例：地址范围确定消息应该送到哪个设备，通过检查内存或I/O地址来定位目标设备。
002：使用ID路由
- 根据设备的Bus、Device、Function（BDF） ID信息来确定消息的传输路径。此时，系统中的交换机或桥设备会解析消息中的ID信息，将消息转发到对应的目标设备。
- 示例：典型用于PCIe设备之间的配置操作，如读取某个设备的配置寄存器或发起特定的设备管理请求。
011：来自Root Complex的广播报文
- 当根复杂设备发出这种类型的广播消息时，所有下游的PCIe桥设备都会转发该消息给其下游设备。
- 示例：在系统中的所有PCIe设备需要接收某个全局配置或广播命令时，RC会发出这样的广播消息。
100：本地消息
- 本地消息在到达目的设备后结束，不会被再次转发。这种消息通常用于在设备内部处理一些特定的控制或管理任务，而不是跨越多个设备进行传递。
- 示例：设备内部的状态或控制消息，如内部的电源管理指令等。
101：路由到Root Complex，仅用于电源管理
- 这种类型的消息专门用于与Root Complex进行电源管理相关的事务。比如，当某个设备进入低功耗状态时，它可能会向RC发送此类消息以告知其状态。
- 示例：设备进入睡眠模式时，会向RC报告自身的电源状态。
隐式路由通常由根复杂设备或中间的PCIe桥通过解析TLP（Transaction Layer Packet）中的地址或ID字段来确定路由路径。
Type字段低3位提供了不同类型的路由选择，包括直接路由到RC、使用地址或ID进行路由，以及特殊的广播或本地消息。
