PCIE协议基础

• 参考文献
• PCIE常用软件
• 项目简述
• PCIE概述
• • ***PCIE协议主要包括四个部分：***
  • ***下面将以主板上面的PCIE拓扑结构来介绍PCIE结构中上面的四个部件。***
  • ***PCIE设备为了避免布线的交叉，引入了Lane Reversal功能***，
  • ***PCIE的接口形式主要体现在下图：***
  • ***如何计算PCIE的数据吞吐量：***
• PCIE的前身
• • ***PCI的起源***
  • ***PCIE与PCI的不同点***
  • ***PCI拓扑结构示例***
  • ***PCIE拓扑结构示例***
  • ***Bus Enumeration***
• PCIE背景知识
• • ***X86结构的地址空间***
  • ***Memory Map示例***
  • ***IO Map示例***
• PCIE地址空间
• • ***PCIE设备分配到哪些地址空间***
  • ***Configuration Space***
  • ***PCIE Configuration Space的示例***
  • ***PCIE Memory Space与IO Space的对比***
  • PCIE Memory Space示例
  • ***PCIE IO Space示例***
• 总结

参考文献

[1]、移知 （接下来几篇博客是博主学习该课程的笔记加上了自己的一点见解，对于复杂性的知识，一定要养成记笔记的习惯，否则学完之后和没学一个样）

PCIE常用软件

[1]、System Information Viewer
[2]、MindShare Arbor
[3]、Read & Write Utility

项目简述

前面已经有两篇博客介绍了PCIE，相信大家应该都看不懂，前面的博客主要讲解了PCIE在FPGA中的实现，那么我们就接着学习这个协议。在接下来的几篇博客，我将尽可能的讲解一些我学会的PCIE的知识，但是要想真正学会还是得看Base Specification。这里再次说明，如果只是为了使用PCIE那么完全没有必要对PCIE的协议了解太深，因为在FPGA里面有相应的IP。这里说明一下XDMA的缺点，因为XDMA使用起来非常方便，但是本身的缺点是占用的逻辑资源量巨大。

PCIE概述

PCIE协议的全称是PCI Express。
全双工点对对的串行通信协议。

PCIE的术语有Link、Lane。
Link其实就是指传输端和接收端之间的通路
Lane是值一对tx、rx。其中一条Link可以包括多个Lane

PCIE协议主要包括四个部分：

1、Root Complex
是PCIE系统的顶层，主要负责连接CPU和Memory到外面的PCIE设备
2、Switch
提供一个扇出和聚合的能力，允许多个设备经过Switch连接到一个PCIE接口。
3、Bridge
桥提供一个接口到其他总线，如PCI或PCI-X端点，也就是说经过该端口PCIE的拓扑结构上面可以连接PCI设备。
4、Endpoint
PCle拓扑中的设备，它不是Switch或Bridge，而是充当总线上事务的启动器和完成器。

PCIE与PCI的不同点

常见的PCI与PCIE的拓扑排列结构如下：

PCIE拓扑结构示例

这里推荐一个查看电脑PCIE拓扑结构的软件：System Information Viewer

Bus Enumeration

扫描PCle结构以发现其拓扑的过程称为枚举过程。首先说明BUS枚举是基于深度优先的标准，相信学过数据结构的同学对这个概念比较了解，这里不再多介绍，同学们可以查阅相应的原理。
这里又要引入三个TLP包中重要的概念如下：

PCIE地址空间

PCIE设备分配到哪些地址空间

PCle中有四个地址空间。
Configuration Space：配置空间，每个Function都包含内部寄存器配置空间，允许软件可以看见和控制其地址和资源。

Memory Space：内存空间，映射同一组特定于设备的寄存器在内存地址空间和IO Spcace一样的方式。

I/O Space：输入输出空间，在pc的早期，内部寄存器/存储在I0设备被访问通过IO地址空间。

Message Space：信息空间，这是一个新的地址空间在PCI中没有该地址空间。这个地址的存在消除了对物理边带信 的需要，如中断。可以减少PCI的引脚，将中断信 变成Message的TLP包进行传输，进而减少了PCI中物理引脚的个数。

Configuration Space

首先PC机需要用户设置开关和跳线分配资源为每个安装在主板上的PCIE设备，这经常导致内存冲突，IO和中断设置。

然后I/O架构，Extended ISA (EISA)和IBM PS2系统，是第一个实现即插即用架构的。在这些架构中，配置文件被分配给每个设备，进而允许系统软件分配基本资源为每个设备。

PCI协议的Configuration Space是通过IO读写的方式间接读写的，这里为什么是间接读写，因为PCI协议的IO读写只有64KB的大小，但是PCI的Configuration Space足足有16MB的空间大小，所以只能间接访问。
那么为什么PCI的Configuration Space有16MB的大小呢r>

由前面的知识可知，TLP包的前两个字节是厂商ID，那么上面的前两个字节是8086也就是Intel给自己厂家分配的厂商ID。那么我们知道，每个PCIE Function的Configuration Space大小是4KB，所有的PCIE设备占有256MB的配置空间，那么我们如何查找其他设备的配置空间呢r>

总结

上面所有的实践都基于三个软件
[1]、System Information Viewer
[2]、MindShare Arbor
[3]、Read & Write Utility
这些软件可以去 上下载，嫌麻烦的同学也可以进群和我要。至此，PCIE概述部分讲解完毕，接下来详细总结PCIE协议。

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