PCIe扫盲——一个Memory Read操作的例子

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前面的一系列文章简要地介绍了PCIe总线的结构、事务层、数据链路层和物理层。下面我们用一个简单地的例子来回顾并总结一下。

如下图所示，Requester的应用层（软件层）首先向其事务层发送如下信息：32位（或者64位）的Memory地址，事务类型（Transaction Type），数据量（以DW为单位），TC（Traffic Class，即优先级），字节使能（Byte Enable）和属性信息（Attributes）等。

然后接收端的事务层使用这些信息创建了一个Mrd TLP（Memory Read的事务层包），并将Requester的ID（BDF，Bus & Device & Function）写入到该TLP的Header中，以便Completer根据这一BDF将Completion信息返回给Requester。然后这个TLP会根据其TC的值被放到对应的VC Buffer中，Flow Control逻辑便会检测接收端的对应的接收VC Buffer空间是否充足。一旦接收端的VC Buffer空间充足，TLP便会准备被向接收端发送。

注：TLP的Header实际上有两种，32位的地址对应的是3DW的Header，64为的地址对应的是4DW的Header。这在后续的文章中会详细介绍。

当TLP到达数据链路层（Data Link Layer）时候，数据链路层会为其添加上12位的序列号（Sequence Number）和32位的LCRC。并将添加上这些信息之后的TLP（即DLLP）在Replay Buffer中做一个备份，并随后将其发送至物理层。

物理层接收到DLLP之后，为其添加上起始字符（Start & End Characters，又叫帧字符，Frame Characters），然后依次进行解字节（Strip Byte）、扰码（Scramble）、8b/10b编码并进行串行化，随后发送至相邻的PCIe设备的物理层。

接收端PCIe设备（即Completer）的物理层接收到数据之后，依次执行与发送端相反的操作。并从数据中恢复出时钟，然后将恢复出来的DLLP发送至数据链路层。

Completer的数据链路层首先检查DLLP中的LCRC，如果存在错误，则向Requester发送一个Nak类型的DLLP，该DLLP包含了其接受到的DLLP中的序列号（Sequence Number）。Requester的数据链路层接收到来自Completer的Nak DLLP之后，从中找到序列号（Sequence Number），并根据序列号在Replay Buffer找到对应的DLLP，然后将其重新发送至Completer。如果Completer的数据链路层没有检查到LCRC的错误，也会向Requester发送一个Ack类型的DLLP，该DLLP同样包含了其接收到的DLLP中的序列号。Requester的数据链路层接收到之一Ack DLLP之后，便会根据其中的序列号在Replay Buffer中找到对应的DLLP的备份，并将其丢弃（Discard）。

当接收端PCIe设备（即Completer）的数据链路层正确的接收到了来自Requester的DLLP（包含TLP的）时，随后将其进一步发送至事务层，事务层检查ECRC（可选的），并对TLP进行解析，然后将解析后的信息发送至应用层（软件层）。

如下图所示，Completer的应用层会根据接受到的信息进行相应的处理，处理完成后会将数据发送至事务层，事务层根据这一信息创建一个新的TLP（即CplD，Completion with data）。并根据先前接收到的TLP中的BDF信息，找到原来的Requester，然后将CplD发送至该Requester。这一发送过程与Requester向Completer发送TLP（Mrd Request）的过程基本是一致的。所以这里就不在重复了。

注：如果Completer不能够返回有效数据给Requester，或者遇到错误，则其返回的就不是CplD了，而是Cpl（Completion without data），Requester接收到Cpl的TLP之后便会知道发生了错误，其应用层（软件层）会进行相应的处理。