PCIe的TLP(Transaction Layer Packet)结构

无论Request TLP，还是作为回应的Completion TLP，它们模样都差不多：

图5.1

TLP主要由三部分组成：Header，Data和CRC。TLP都是生于发送端的事务层(Transaction Layer)，终于接收端的事务层。

每个TLP都有一个Header，跟动物一样，没有头就活不了，所以TLP可以没手没脚，但不能没有头。事务层根据上层请求内容，生成TLP Header。Header内容包括发送者的相关信息、目标地址(该TLP要发给谁)、TLP类型(前面提到的诸如Memory read，Memory Write之类的)、数据长度(如果有的话)等等。

Data Payload域，用以放有效载荷数据。该域不是必须的，因为并不是每个TLP都必须携带数据的，比如Memory Read TLP，它只是一个请求，数据是由目标设备通过Completion TLP返回的。后面我们会整理哪些TLP需要携带数据，哪些TLP不带数据的。前面也提到，一个TLP最大载重是4KB，数据长度大于4KB的话，就需要分几个TLP传输。

ECRC(End to End CRC)域，它对之前的Header和Data(如果有的话)生成一个CRC，在接收端然后根据收到的TLP，重新生成Header和Data(如果有的话)的CRC，和收到的CRC比较，一样则说明数据在传输过程中没有出错，否则就有错。它也是可选的，可以设置不加CRC。

图5.2

Data域和CRC域没有什么好说的，有花头的是Header域，我们要深入其中看看。

一个Header大小可以是3DW，也可以是4DW。以4DW的Header为例，TLP的Header长下面样子：

图5.3

红色区域为所有TLP Header公共部分，所有Header都有这些；其它则是跟具体的TLP相关。

稍微解释一下：

Fmt：Format, 表明该TLP是否带有数据，Header是3DW还是4DW；

Type：TLP类型，上一节提到的，Memory Read, Memory Write, Configuration Read, Configuration Write, Message和Completion，等等；

R： Reserved，为0；

TC: Traffic Class，TLP也分三六九等，优先级高的先得到服务。这里是3比特，说明可以分为8个等级，0-7，TC默认是0，数字越大，优先级越高；

Attr: Attrbiute, 属性，前后共三个bit，先不说；

TH: TLP Processing Hints，先不说；

TD: TLP Digest，之前说ECRC可选，如果这个这个bit置起来，说明该TLP包含ECRC，接收端应该做CRC校验；

EP: Poisoned data, 有毒的数据，远离，哈哈；

AT: Address Type，地址种类，先不说；

Length： Payload数据长度，10个bit，最大1024，单位DW，所以TLP最大数据长度是4KB; 该长度总是DW的整数倍，如果TLP的数据不是DW的整数倍（不是4Byte的整数倍），则需要用到下面两个域：

Last DW BE 和 1st DW BE。

我觉得，到目前为止，对于Header，我们只需知道它大概有什么内容，没有必要记住每个域是什么。

这里重点讲讲Fmt和Type，看看不同的TLP(精简版的，Native PCIe设备所有)其Fmt和Type应该怎样编码

Table 5.1

从上可以看出，Configuration和Completion 的TLP（以C打头的TLP)， 其Header大小总是3字节； Message TLP的Header总是4字节；而Memory相关的TLP取决于地址空间的大小，地址空间小于4GB的，Header大小为3DW，大于4GB的，Header大小则为4DW。

上面介绍了几个TLP Header的通用部分，下面分别介绍具体TLP的Header。

Memory TLP

有两个重要的东西在前面没有提到，那就是TLP的源和目标，即该TLP是哪里产生的，它要到哪里去，它们都包含在Header里面的。因为不同的TLP类型，寻址方式不同，因此要具体TLP具体来看这两个东西。

图5.4

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。

该TLP经过Switch的时候，Switch会根据地址信息，把该TLP转发到目标设备。之所以能唯一的找到目标设备，那是因为不同的Endpoint设备空间会映射到Host内存空间的不同位置。

关于TLP路由，后面还会专门讲。

Memory TLP的目标是通过内存地址告知的，而源是通过"Requester ID"告知。每个设备在PCIe系统中都有唯一的ID，该ID由总线(Bus)、设备(Device)、功能(Function)三者唯一确定。这个后面也会专门讲，这里只需知道一个PCIe组成有唯一的ID，不管是RC， Switch还是Endpoint。

Configuration TLP

Endpoint和Switch的配置(Configuration)格式不一样，分别为Type 0和 Type 1来表示。配置可以认为是一个Endpoint或者Switch的一个标准空间，这段空间在初始化时也需要映射到Host的内存空间。与设备的其他空间不同，该空间是标准化的，即不管哪个厂家生产的设备，都需要有这么段空间，而且哪个地方放什么东西，都是协议规定好的，Host按协议访问这部分空间。由于每个设备ID唯一，而其Configuration又是固定好的，因此，Host访问PCIe设备的配置空间，只需指定目标设备的ID就可以了，不需要内存地址。

下面是访问Endpoint的配置空间的TLP Header (Type 0)：

图5.5

Bus Number + Device + Function就唯一决定了目标设备； Ext Reg Number + Register Number相当于配置空间的偏移。找到了设备，然后指定了配置空间的偏移，就能找到具体想访问的配置空间的某个位置。

Message TLP

Message TLP用以传输中断、错误、电源管理等信息，取代PCI时代的边带信号传输。Message TLP的Header 大小总是4DW。

图5.6

Message Code来指定该Message的类型，具体如下：

图5.7

不同的Message Code，最后两个DW的意义也不同，这里不展开。

Completion TLP

有non-posted request TLP，才有Completion TLP。有因才有果。前面看到，Requester 的TLP当中都有Requester ID和Tag，来告诉接收者发起者是谁。那么响应者的目标地址就很简单，照抄发起者的源地址就可以了。因此，Completion TLP的Header如下：

图5.8

Completion TLP，一方面，可以返回请求者的数据，比如作为Memory或者Configuration Read的响应；另一方面，还可以返回该事务(Transaction)的状态，因此，在Completion TLP的Header里面有一个Completion Status，用以返回事务状态：

图5.9

作者：idorax
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