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接口,总线,驱动相关技术文章详解PCIe总线协议

1. PCIe基础知识

PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准,它原来的名称为“3GIO”,是由英特尔在2001年提出的,旨在替代旧的PCI,PCI-X和AGP总线标准。

与大多数总线一样,PCIe总线也包括电气属性和协议组成两部分。完整地了解PCIe是相对复杂的,所以从应用角度来讲,我先从基本的协议入手,对PCIe有个初步的认识。拓展学习可以参考官方协议规范文档《PCI Express Base Specification》。

PCIe 规范对于设备的设计采用分层的结构,有事务层、数据链路层和物理层组成,各层有都分为发送和接收两功能块。

在发送端,应用程序(设备核A)在事务层形成事务层包(TLP——Transaction Layer Package),储存在发送缓冲器里,等待推向下层。在数据链路层,在TLP 包上再串接一些附加信息,这些信息是对方接收TLP 包时进行错误检查要用到的,形成数据链路层包(DLLP——Data Link Layer Package);在物理层,对DLLP 包进行编码,占用链路中的可用通道,从发送器发送出去。

在接收端,实际上是发送端的“逆”过程。如果说发送端是在不断组包,那么接收端就是不断的拆包,最后提取出有用的数据信息供B设备的应用程序使用。

整个过程实际上和以太网的过程很相似,都是在不同层级上进行数据的扩展。在FPGA的开发过程中,实际上从事务层到物理层都是封装好了的,组成标准IP核。用户通过IP核要求的总线协议(如AXI4-Stream)与之进行数据交换。

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2. 事务层协议

2.1 数据包结构

有了IP核之后,实际上我们最关心的就是事务层包的数据格式。

事务层数据包(TLP)主要由:一个或多个可选的前缀(TLP Prefixes)、一个帧头(TLP Header)、一个数据有效负载(Data Payload)和一个可选的摘要(TLP Dignest)组成,下面简单介绍一下各部分。

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