标签：事务 第一章 PCIE PCI RC 小海 数据包 路由
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1.3 PCIE的拓扑结构
如下图是计算机体系中的PCIE结构拓扑，我们知道电脑主板上有很多东西，例如硬盘、显卡、网卡、USB接口等等，我称之为组件，就是组成电脑的一个又一个的功能设备。如下图就包括了些PCIE协议所支持的各种组件。该拓扑结构的最大特点就是点对点互联，包括了RC（Root Complex）、Switch、Endpoint、PCIE to PCI/PCI-X Bridge这些设备，它们在PCIE所规定的协议下扮演着各自的角色，承担着各自的任务。下面我们就逐个概括性的介绍下这些组件。
1、 Root Complex（RC）
Root Complex在百度百科翻译为“根复合体”，对于我这初学这来说，理解根复合体并不容易，所以还是愿意称之为RC，它的含义就是一个实现CPU与PCIE上组件通信的媒介，CPU要读取某个组件信息，告知RC，其它的均有RC代劳了。可以说是PCIE拓扑结构的中枢机构，是管家，是指挥者。其实协议对RC还有很多的规定且随着处理器不同而不同，本是一个模糊的概念，对于X86处理器RC除了管理PCIE设备还有其它事情要干，但在这里还是应该把它理解为PCIE总线控制器。
2、Endpoints（端点）
Endpoints称之为端点或者说终点，RC的命令最终要去的地方就是这里。它要对RC的请求进行响应，并接收RC的配置。例如计算机里面的声卡、网卡，还有应用到PCIE的些功能设备，均是端点。
3、switch
如下图所示是一个Switch组件，它的内部可以视为多个虚拟的PCI到PCI的桥，实现扩展功能。该组件会根据事务类型将数据送到不同的通道。该组件对数据包没有处理的功能只有转发功能。
4、PCIE到PCI / PCI-X桥接器
这个主要是用来兼容PCI组件的，如果有设备是PCI接口，可以通过PCIE-PCI桥来接入系统中去。
1.4 PCIE协议的实现方案
PCIE的实现方案是非常复杂的，我们看协议规范有860页的描述，而且字还那么小，总的来说就是两种传输机制、三层逻辑结构、四种事务类型。在这里只是概述性的说一下。
1、协议相关代码采用分层的方式进行组织的，分为事务层、链路层和物理层，以此实现用户数据的交互；
2、数据类型被分为内存、I/O、配置和消息四类，分别完成不同的功能。
3、数据交换是基于请求与完成（响应）的机制，也分为Non-Posted和Posted两种模式，Posted意思发送数据不需要接收端响应Non-Posted是要求接收端对发送数据进行响应。
1.4.1 PCIE协议的分层结构
对于复杂的协议，分层是必须要做的事情，无论平时写的业务逻辑，还是像TCP/IP、SRIO等行业内的公用协议，都做了分层。对实现功能有着明确、合理的划分，不仅增加代码的可读性，更有助于提高其可读性，并利于扩展。PCIE或者说PCI协议，也是进行了层级划分，如下图所示，划分为事务层、数据链路层和物理层三层。这些层中的每一层分为两个部分，一部分是发送数据内容，一部分是接收信息。
我们把PCIE协议发送或接收的信息称之为数据包，数据包在事务层形成，并会在其它层添加信息对其进行再次的封装，这些扩展的封装包含了保证数据包在链路中准确传输的必备信息。当数据包到大接收端，会对该封装进行逐层解析，最终到达事务层交由用户应用，如下图所示，是每层对数据封装的示意图。在下文会对每层的工作内容进行概述性的解释。不过在这之前应该说下PCIE的传输机制。
1、事务层
事务层是PCIE协议的对外接口层，用户对数据进行组帧和解析是在本层进行，本层产生的数据包称之为事务层数据包，即（Transaction Layer Packets，TLP）。此外事务层还具有基于信用积分的流控功能，支持不同事务类型的不同形式的数据传输。
2、数据链路层
数据链路层充当事务层和物理层之间的中间阶段，主要职责包括链路管理和数据完整性，包括错误检测和纠正。
数据链层在传输链路上接收事务层的TLP数据包添加序列号和校验码交给物理层，而且链路层非常尽责，会对事务层交付的数据包进行缓存，如果检测到传输错误会进行重发，直到接收正确或确定链路通信失败。
链路层还具有链路管理功能，并有相应的数据包，称之为“数据链路层数据包（DLLP）”该数据包是实现两个组件间的数据交换，并没有路由功能，换言之，如果一包数据要跨过大山大河到达接收端，中间经过无数站点，DLLP数据包只在两站之间进行数据交换，主要实现的功能有流量控制、电源管理、应答机制和虚拟通道。
3、物理层
物理层分为两个部分，一部分是逻辑子层，一部分是电气子层。逻辑子层模块负责与数据链路层的数据交换，会对接收链路层事务进行再次封装，对接收电气子层事务进行解析，并会进行8B/10B编码或者128B/130B编码，进行传递之间的转换和极性反转等工作，电气子层则更多的负责时钟数据恢复、均衡等电气操作。物理层数据包称之为PLP，Physical Layer Packet。
1.4.2 PCIE协议的事务类型
PCIE协议总共规定了Memory、I/O、配置和消息四种事务类型，其中前三种是从PCI继承过来的，消息是PCIE所扩展的。
1、内存事务
其实内存事务并不一定是读写内存，而是代表一种大数据量的数据交换方式，PCIE支持内存事务类型的读写以及原子操作（AtomicOp）。
2、I/O事务
I/O事务是被PCIE嫌弃的一类事务，会逐渐被弃用并被MMIO替代。……
3、配置
主要是实现设备功能的配置，
4、消息
1.4.3 PCIE传输机制
正如前文所述，数据交换是基于请求与完成（响应）的机制，分为Non-Posted和Posted两种模式，这种分类也是满足不同的需求，例如内存模式进行大量的数据交换，如果每发送一包就要求响应，则会大大降低传输效率，但对于一些事务，为了保证可靠性是必须响应的故有两种模式。对于Non-Posted模式并不是说数据包发送过去就不管不顾了，接收端会在链路层向发送端发送响应信号。
1.4.4 PCIE的路由方案
何为路由，百度说就是按某条线路发送，有时候有些词真的很阻碍我们对些知识的理解，例如路由，再例如学ram时候的中断向量表，对于初学者来说，很让人费解。在我看来路由强调的是发送端和接收端间的通信，与之相对应的是点对点通信。点对点通信不需要考虑拥塞等问题，就是两点间的数据交换，而路由链路就可能很长，中间有很多的中转站，我们要保证数据在中转站不出错，就需要更多的
PCIE的路由方案有三种，分别是ID路由、地址路由和模糊路由。
1、ID路由
ID路由即BDF路由方案，即采用Bus Number、Device Number和Function Number来确定目标设备的位置。这是一种兼容PCI的路由方案，主要用于设备的配置、带数据和不带数据的返回数据包。
２、地址路由
地址路由包括对IO和Memory两种事务类型的路由，在帧头中包含了目的设备的地址信息，处理器会为每个设备分配一段地址信息，这也是数据包传输过程中的标志符。
３、模糊路由
模糊路由（Implicit Routing，又译为隐式路由）只能用于Message的路由。用来实现电源管理、错误信号、热插拔、虚拟通道等功能，具体也是在下文。
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1、协议规范的中文翻译
2、相关英文资料
3、PCIE的使用教程
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