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Date 2022-01-09
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2. 事务层说明

2.1. 事务层概述

下图为事务层在PCIE整体结构中的示意图

PCIe Base Specification 3.0

从一个较高的层级来看,事务层所涉及的关键内容包括:

  • 一种流水线的完全拆分事务协议
  • 用于区分事务层数据包(TLP)的排序和处理需求的机制
  • 基于信用的流控制
  • 用于数据中毒检测和端到端数据完整性检测的可选支持

事务层主要包括如下内容:

  1. 构建和处理TLP
  2. 与设备资源相关的事务层机制,包括:
    • 流控制
    • 虚拟通道管理
  3. 用于TLP排序和管理的规则
    • 与PCI/PCI-X兼容的排序方式
    • 包括流类别的划分

2.1.1. 地址空间、事务类型和用法

PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)是早期PCI总线的升级版。PCI 由英特尔开发并于 1992 年推出。它取代了早期 PC 上以特殊方式使用的旧的慢速总线。PCI 主要是 32 位总线,但它也支持 64 位。最重要的一点是它是一个并行总线。目前PCI只有历史意义,不再使用,这里不再赘述。

2004 年,一群英特尔工程师成立了 Arapaho 工作组并开始制定新标准。后来,其他公司也逐渐加入了这个小组。在最终确定为 PCI Express(PCIe) 之前,该标准曾多次重命名。PCIe 在某些方面是 PCI 的继承者,但在其他方面则是完全不同的类型。特别是,PCIe 是一种串行总线,与 PCI 较旧的并行接口(以及当时几乎所有其他总线)相比,它更像是一个板载网络。

早期标准PCIe 1.0a的数据速率为每通道250MB/秒,总速率为2.5GT/秒(千兆/秒)。与其他串行总线一样,性能通常以每秒传输数来衡量,因此不会将额外的位计为“数据”。PCIe 1.0a 使用了 8b / 10b 编码方案,因此只有 80% 的传输位是实际的“数据”。附加位有两个主要功能。首先,串行接口确保始终有足够的时钟转换来恢复时钟。它保证没有净直流电流。

之后,对标准进行了定期升级,传输速度得到了提高。由于 PCIe 主要用于基于 Intel 处理器的 PC 和服务器的,实际上新标准在 Intel 发布使用 PCIe 的处理器后生效。标准演进的总体思路是选择当时主流工艺节点所能达到的传输速率。然而,PCIe 应用非常普遍,以至于它们被用于大多数需要高性能外设总线的设计中,而不管底层架构如何。例如,Arm 服务器基础系统架构规范中指定了 PCIe规范。

2007 年推出的 PCIe 2.0 将传输速率提高了一倍,但使用相同的编码方法。

2010 年推出的 PCIe 3.0 已更改为更高效的 128b / 130b 编码方案,并添加了已知的二进制多项式加扰功能以平衡了0和1的时钟恢复,没有直流偏置。此外,传输速度也有明显提升。16 通道 PCIe 3.0 接口的最大传输速率为 15.7 GB/秒。但是,在实践中,如果您的设计需要这样的带宽,升级到 PCIe 4.0 会更容易。今天,PCIe 3.0 是移动设备中部署最广泛的 PCIe 版本。例如,Google TPU 版本 3 使用 PCIe 3.0,而当前的 USB4 标准是基于 PCIe 3.0。这听起来可能有点令人震惊,但 PCIe 被批准为标准后,花了将近十年的时间才成为主流。这有点像信用卡问题:商店不愿意接受繁琐的信用卡付款,直到许多人拥有信用卡,人们才不愿意接受信用卡付款。

一、CPCI简介

Compact PCI(Compact Peripheral Component Interconnect)简称CPCI,中文又称“紧凑型PCI”,是国际工业计算机制造者联合会(PCI Industrial Computer Manufacturer's Group,简称PICMG)于1994提出来的一种总线接口标准。是以PCI电气规范为标准的高性能工业用总线。CPCI的CPU及外设同标准PCI是相同的,并且CPCI系统使用与传统PCI系统相同的芯片、防火墙和相关软件。从根本上说,它们是一致的,因此操作系统、驱动和应用程序都感觉不到两者的区别,将一个标准PCI插卡转化成CPCI插卡几乎不需重新设计,只要物理上重新分配一下即可。为了将PCI SIG的PCI总线规范用在工业控制计算机系统,1995年11月PCI工业计算机制造者联合会(PICMIG)颁布了CPCI规范1.0版,以后相继推出了PCI-PCI Bridge规范、Computer Telephony TDM规范和User-defined I/O pin assignment规范。简言之CPCI总线 = PCI总线的电气规范 + 标准针孔连接器(IEC-1076-4-101) + 欧洲卡规范(IEC297/IEEE 1011.1)。

CPCI的出现不仅让诸如CPU、硬盘等许多原先基于PC的技术和成熟产品能够延续应用,也由于在接口等地方做了重大改进,使得采用CPCI技术的服务器、工控电脑等拥有了高可靠性、高密度的优点。CPCI是基于PCI电气规范开发的高性能工业总线,适用于3U和6U高度的电路插板设计。CPCI电路插板从前方插入机柜,I/O数据的出口可以是前面板上的接口或者机柜的背板。它的出现解决了多年来电信系统工程师与设备制造商面临的棘手问题,比如传统电信设备总线VME(Versa Module Euro card)与工业标准PCI(Peripheral Component Interconnect)总线不兼容问题。

CPCI总线(CompactPCI,紧凑型PCI),是[1] (PCIIndustrial Computer Manufacturer's Group,国际工业计算机制造者联合会)组织于1994年提出的高性能工业计算机总线标准。 在电气特性上,CPCI总线以PCI电气规范为基础,解决了VME等总线技术与PCI总线不兼容的问题,使得基于PC的x86架构、硬盘存储等技术能在工业领域使用。同时由于在接口等地方做了重大改进,使得采用CPCI技术的服务器、工控电脑等拥有了高可靠性、高密度的优点。 在机械结构上,CPCI总线结构使用了欧卡连接器和标准3U、6U板卡尺寸。此外,CPCI总线具有很好的抗震性和通风性,而且还可以从前面板拔插板卡,使更换和维修板卡极为方便。

二、CPCI的特点