PCIE笔记摘录
> 以下内容非原创，主要是摘录 老男孩读pcie和网上的其他文章，仅限学习，不用于任何商业用途。- PCIE接口电气的耦合方式
高速差分信号电气规范要求其发送端串接一个电容，以进行AC耦合。
================= - PCIE总线的缺点
Pcie的内部实际上还是以64bit/128bit的并行数据传输的，时钟为125M/250M。只不过在物理层转成了高速串口。
但是PCIe总线也有其弱点，其中最突出的问题是传送延时。PCIe链路使用串行方式进行数据传送，然而在芯片内部，数据总线仍然是并行的，因此PCIe链路接口需要进行串并转换，这种串并转换将产生较大的延时。除此之外PCIe总线的数据报文需要经过事务层、数据链路层和物理层，这些数据报文在穿越这些层次时，也将带来延时。
================= - PCIE拓扑结构
- 整个PCIe拓扑结构是一个树形结构，Root Complex（RC）是树的根。RC为CPU代言，与整个计算机系统其它部分通讯，比如CPU通过它访问内存，通过它访问PCIe系统中的设备。
PCIe Endpoint：就是PCIe终端设备，比如PCIe SSD，PCIe网卡等等。Legacy Endpoint：接口是PCIe，但是内部的行为却和传统的PCI或者PCI-x一样（比如支持IO空间）。
Switch：扩展口。
================= - 分层设计
PCIe定义了下三层：事务层（Transaction Layer），数据链路层（Data Link Layer）和物理层（Physical Layer），每层职能是不同的，且下层是为上层服务的。分层设计的一个好处：如果层次分得够好，接口版本升级时，硬件设计可能只需要改动某一层，其它层次可以保持不动。
================= - Switch中也有封包和解包的过程？
脱衣服是为了找到最里边的地址，找到地址了才知道要下发给下面那个endpoint，然后再把衣服穿起来穿给对应的endpoint.
如下图，如果RC要与EP1通信，中间要经历怎样的一个过程? - 如果把前述的数据发送和接收过程，我们通俗的叫做穿衣脱衣，那么，RC与EP1数据传输过程中，则存在好几次这样穿衣脱衣过程：RC跟数据穿好衣服，发送给Switch的上游端口，A为了知道该笔数据发送给谁，就需要脱掉该数据的衣服，找到里面的地址信息。衣服脱光后，Switch发现它是往EP1的，又帮它换了身新衣服，发送给端口B。B又不嫌麻烦的脱掉它的衣服，换上新衣服，最后发送给EP1。
================= - TLP类型
根据软件层的不同请求，事务层产生四种不同的TLP请求：
1） Memory
2） IO
3）Configuration
4）Message
我们知道，一个设备的物理空间，可以通过内存映射（Memory map）的方式映射到Host的主存，有些空间还可以映射到Host的IO空间（如果Host存在IO空间的话）
所有的配置空间（Configuration）的访问，都是Host发起的，确切的说是RC发起的，往往只在上电枚举和配置阶段会发起Configuration的访问，这样的TLP很重要，但不是常态； Message也是一样，只有有中断，或者有错误等情况下，才会有Message TLP，属非主流。PCIe线上主流传输的是Memory访问相关的TLP，Host与device，或者device与device之间，数据都是在彼此的Memory之间（抛掉IO)交互，因此，这种TLP是我们最常见的。
如果需要对方响应的，我们叫做Non-Posted的TLP；如果不期望对方给响应的，我们称之为Posted TLP。
只要记住只有Memory Write和Message两种TLP是Posted就可以了。
=================
7. Host和endpoint的数据是如何交互的呢？
- Endpoint读host内存 MRD + N个CPLD
- 例子中，Switch B下面的某个Endpoint想读Host内存的数据，因此，它在事务层上生成一个Memory Read TLP，该MRd一路向上，翻过B，越过A，最终到达RC。RC收到该Request，就到内存中取该Endpoint所需的数据，RC通过Completion with Data TLP（CplD)返回数据，原路返回，直到Endpoint。
一个TLP，最多只能携带4KB有效数据，因此，上例子，如果Endpoint需要读16KB的数据，RC必须返回4个CplD给Endpoint。注意，Endpoint只需发1个MRd就可以了。
理论上可以这样，但是要注意发包的时候，既不能跨RCB，又不能超过MPS。所以一个包的长度最大为MPS个。 - Host想往某个Endpoint写入数据 N个MWr。
- 该例子中，Host想往某个Endpoint写入数据，因此RC在其事务层生成一个Memory Write TLP（要写的数据在该TLP中），翻过A，越过B，直到目的地。前面说过Memory Write TLP是Posted的，因此，Endpoint收到数据后，是不需要返回Completion TLP（如果这个时候返回Completion TLP，反而是画蛇添足）。
同样的，由于一个TLP只能携带 4KB数据，因此Host想往Endpoint上写入16KB数据，RC必须发送4个MWr TLP。
同样要注意发包的时候，既不能跨RCB，又不能超过MPS。
================= - TLP结构
对一个PCIe设备来说，它开放给Host访问的设备空间首先会映射到Host的内存空间，Host如果想访问设备的某个空间，TLP Header当中的地址应该设置为该访问空间在Host内存的映射地址。如果Host内存空间小于4GB，则Memory读写TLP的Header大小为3DW，大于4GB，则为4DW。那是因为，对4GB内存空间，32bit的地址用1DW就可以表示，该地址位于Byte8-11；而4GB以上的内存空间，需要2DW表示地址，该地址位于Byte8-15。
TLP主要由三部分组成：Header，Data和CRC
一共下面四种TLP包。
1） Memory TLP（读/写）
2） Configuration TLP
3） Message TLP
4） Completion TLP
从表中可以看到，写的包都是有数据的，读的包都是没有数据的。且只有mem TLP需要我们控制。
读的包一般都是Non-Posted的包。
有的场合写完数据，上位机会发个cpl nowith data，表示上位机已经收到数据了。
读包发完后，上位机会发cpld包（有数据）
=================
9. TLP包的传输方式（AXI-Stream）：
头+数据
》》》还可以两帧数据连在一起。
头+数据
中断
比方说你下面数据快存满了，你必须给上位机传个中断，告诉它我这儿有数据了，你赶紧处理一下。
中断的优点：响应比较及时。
也可以不通过中断，比如你写个mwr的包写进某个空间，上位机去循环去检测这个数一旦发生变化了，这个数大家定好什么含义，然后上位机就去做相应的处理。
缺点：让cpu分心了。
==============================
10. 配置和地址空间
其它的我们暂时不看，我们看看重要的BAR（Base Address Register）
对Endpoint Configuration（Type 0），提供了最多6个BAR，
而对Switch（Type 1）来说，只有2个。
BAR是干什么用的？
每个PCIe设备，都有自己的内部空间，这部分空间如果开放给Host（软件或者CPU)访问，那么Host怎样才能往这部分空间写入数据，或者读数据呢？
我们知道，CPU只能直接访问Host内存（Memory）空间（或者IO空间，我们不考虑），不对PCIe等外设直接操作,而是DMA（直接操作内存）。怎么办？记得皇帝身边那个有根的太监吗？Root Complex，RC。RC可以为CPU分忧。
解决办法是：CPU如果想访问某个设备的空间，由于它不能（或者不屑）亲自跟那些PCIe外设打交道，因此叫太监RC去办。比如，如果CPU想读PCIe外设的数据，先叫RC通过TLP把数据从PCIe外设读到Host内存，然后CPU从Host内存读数据；如果CPU要往外设写数据，则先把数据在内存中准备好，然后叫RC通过TLP写入到PCIe设备。完美！
上图例子中，最左边虚线的表示CPU要读Endpoint A的数据，RC则通过TLP（经历Switch）数据交互获得数据，并把它写入到系统内存中，然后CPU从内存中读取数据（紫色箭头所示），从而CPU间接完成对PCIe设备数据的读取。
具体实现就是上电的时候，系统把PCIe设备开放的空间（系统软件可见）映射到内存空间，CPU要访问该PCIe设备空间，只需访问对应的内存空间。RC检查该内存地址，如果发现该内存空间地址是某个PCIe设备空间的映射，就会触发其产生TLP，去访问对应的PCIe设备，读取或者写入PCIe设备。
一个PCIe设备，可能有若干个内部空间（属性可能不一样，比如有些可预读，有些不可预读）需要映射到内存空间，设备出厂时，这些空间的大小和属性都写在Configuration BAR寄存器里面，然后上电后，系统软件读取这些BAR，分别为其分配对应的系统内存空间，并把相应的内存基地址写回到BAR。（BAR的地址其实是PCI总线域的地址，CPU访问的是存储器域的地址，CPU访问PCIe设备时，需要把总线域地址转换成存储器域的地址。）
