[转载]老男孩读PCIe之三：PCIe分层结构

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绝大多数的总线或者接口，都是采用分层实现的。PCIe也不例外，它的层次结构如下：

图3.1

PCIe定义了下三层（彩色部分）：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。

PCIe传输的数据从上到下，都是以packet的形式传输的，每个packet都是有其固定的格式的。

事务层的主要职责是创建（发送）或者解析（接收）TLP (Transaction Layer packet)，流量控制，QoS，事务排序等。

数据链路层的主要职责是创建（发送）或者解析（接收）DLLP(Data Link Layer packet)，Ack/Nak协议（链路层检错和纠错），流控，电源管理等。

物理层的主要职责是处理所有的Packet数据物理传输，发送端数据分发到各个Lane传输（stripe），接收端把各个Lane上的数据汇总起来（De-stripe），每个Lane上加扰（Scramble，目的是让0和1分布均匀，去除信道的电磁干扰EMI）去扰（De-scramble)，以及8/10或者128/130编码解码，等等。

今天只讲个大概，这三层以后还会专门细讲。这里先贴个这三层的细节图，自己看：

图3.2

数据从上到下，一层一层打包，上层打包完的数据，作为下层的原始数据，再打包。就像人穿衣服一样，穿了内衣穿衬衫，穿了衬衫穿外套。

图3.3

红色的是TLP的格式，Data是事务层上层给的数据，事务层给它头上加个Header，然后尾巴上再加个CRC校验，就构成了一个TLP；这个TLP下传到数据链路层，又被数据链路层头上加了个包序列号，尾巴再加个CRC校验，构成一个DLLP；然后DLLP下传到物理层，头上加个Start，尾巴加个End符号，把这些数据分派到各个Lane上，然后每个Lane上加扰码，经8/10或128/130编码，最后通过物理传输介质传输给接收方。

接收方物理层是最先接收到这些数据的，然后执行逆操作；在数据链路层，校验序列号和LCRC，如果没错，剥掉序列号和LCRC，往事务层走；如果校验出差，通知对方重传；在事务层，校验ECRC，有错，数据抛弃，没错，去掉ECRC，获得数据。整个过程犹如脱衣睡觉，外套脱了，衬衫脱了，内衣也脱了，光溜溜钻进被窝。

图3.4

和PCI数据裸奔不同，PCIe的数据是穿有衣服的。 PCIe数据以packet的形式传输，比起PCI冷冰冰的数据，PCIe的数据是鲜活有生命的。

每个Endpoint都需要实现这三层，每个Switch的每个Port也是需要实现这三层的：

图3.5

上图中，如果RC要与EP1通信，中间要经历怎样的一个过程?

图3.6

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。

Switch的主要功能是转发数据，为什么还需要实现事务层？Switch必须实现这三层，因为数据的目的地信息是在TLP中的，如果不实现这一层，就无法知道目的地址，也就无法实现数据寻址路由。

图3.7

今天就到这，关于这三层，以后还会展开讲，敬请期待。