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第5天：事务层（Transaction Layer）
课程目标
- 理解PCIe事务层的基本概念和功能
- 掌握事务类型及其工作原理
- 了解请求和响应机制
- 掌握事务层的配置和管理
课程内容
1. 事务层概述
1.1 定义
- 事务层（Transaction Layer, TL）：PCIe事务层位于数据链路层之上，负责管理和协调PCIe设备之间的事务，包括数据传输、配置管理和中断处理。
- 功能：
- 事务管理：发起和处理各种事务，如读请求、写请求、配置读写等。
- 地址映射：将事务地址映射到正确的设备和寄存器。
- 事务排序：确保事务按正确的顺序执行，避免冲突和死锁。
- 错误处理：处理事务执行过程中的错误和异常。
2. 事务类型
2.1 读请求（Read Request）
- 定义：读请求用于从目标设备读取数据。
- 格式：
- 请求头（Request Header）：包含事务类型、地址、标签等信息。
- 数据（Data）：可选，用于携带额外的信息。
- 过程：
- 发送请求：发起设备发送读请求到目标设备。
- 处理请求：目标设备接收到读请求后，读取指定地址的数据。
- 发送响应：目标设备发送读响应，包含读取的数据。
- 接收响应：发起设备接收到读响应，处理读取的数据。
2.2 写请求（Write Request）
- 定义：写请求用于向目标设备写入数据。
- 格式：
- 请求头（Request Header）：包含事务类型、地址、标签等信息。
- 数据（Data）：包含要写入的数据。
- 过程：
- 发送请求：发起设备发送写请求到目标设备。
- 处理请求：目标设备接收到写请求后，将数据写入指定地址。
- 发送完成确认：目标设备发送写完成确认（Completion）。
- 接收确认：发起设备接收到写完成确认，表示写操作成功。
2.3 配置读写（Configuration Read/Write）
- 定义：配置读写用于访问设备的配置空间。
- 格式：
- 请求头（Request Header）：包含事务类型、地址、标签等信息。
- 数据（Data）：可选，用于携带写入的数据。
- 过程：
- 发送请求：发起设备发送配置读写请求到目标设备。
- 处理请求：目标设备接收到配置读写请求后，读取或写入配置空间。
- 发送响应：目标设备发送配置读响应，包含读取的数据（如果是读请求）。
- 接收响应：发起设备接收到配置读响应，处理读取的数据。
2.4 消息（Message）
- 定义：消息用于传递控制信息，如中断请求、错误报告等。
- 类型：
- 中断消息（Interrupt Message）：用于传递中断请求。
- 错误报告消息（Error Reporting Message）：用于报告错误信息。
- 边界消息（Boundary Message）：用于同步多个设备之间的操作。
3. 请求和响应机制
3.1 请求标识符（Tag）
- 定义：每个事务请求都有一个唯一的标识符（Tag），用于区分不同的事务。
- 作用：
- 事务跟踪：通过Tag跟踪事务的执行状态。
- 事务排序：确保事务按正确的顺序执行。
3.2 响应类型
- 定义：响应类型用于指示事务的结果。
- 类型：
- 完成（Completion）：表示事务成功完成。
- 错误完成（Error Completion）：表示事务执行过程中发生错误。
- 不确定完成（Uncertain Completion）：表示事务结果不确定，可能需要重试。
3.3 事务排序
- 定义：事务排序确保事务按正确的顺序执行，避免冲突和死锁。
- 机制：
- 事务队列：每个设备维护一个事务队列，按顺序处理事务。
- 优先级管理：根据事务的优先级管理事务的执行顺序。
4. 事务层的配置和管理
4.1 配置空间（Configuration Space）
- 定义：配置空间是每个PCIe设备的一个固定大小的寄存器区域，用于存储设备的配置信息。
- 访问方式：通过配置读写事务访问设备的配置空间。
- 主要寄存器：
- 头部（Header）：包含设备的基本信息，如供应商ID、设备ID、类代码等。
- 基地址寄存器（Base Address Registers, BARs）：用于映射设备的内存和I/O空间。
- 中断线路寄存器（Interrupt Line Register）：用于配置中断线路。
4.2 中断管理
- 定义：中断管理用于处理设备的中断请求。
- 类型：
- INTx中断：传统的中断机制，通过中断线路传递中断请求。
- MSI（Message Signaled Interrupts）：基于消息的中断机制，通过写入特定地址传递中断请求。
- MSI-X：扩展的MSI机制，支持更多的中断向量。
4.3 事务层的状态机
- 定义：事务层使用状态机来管理事务的执行状态，确保事务的正确性和可靠性。
- 状态：
- Idle：空闲状态，等待事务请求。
- Request：处理事务请求，发送请求帧。
- Response：处理事务响应，接收响应帧。
- Completion：处理事务完成，发送完成确认。
- Error：处理事务错误，发送错误报告。
5. 实际应用示例
5.1 显卡读写操作
- 读操作：主机通过读请求从显卡读取帧缓冲区的数据。
- 写操作：主机通过写请求向显卡写入渲染指令和数据。
5.2 存储设备读写操作
- 读操作：主机通过读请求从存储设备读取数据块。
- 写操作：主机通过写请求向存储设备写入数据块。
5.3 网络设备中断处理
- 中断请求：网络设备通过MSI或MSI-X机制发送中断请求。
- 中断处理：主机接收到中断请求后，处理网络事件。
课后练习
- 绘制事务流程图：绘制一个完整的PCIe读请求和写请求的事务流程图，标注各个步骤和对应的帧格式。
- 配置空间练习：查找一个PCIe设备的配置空间寄存器手册，列出主要寄存器的功能和地址。
- 讨论题：事务排序在PCIe事务管理中有什么重要作用？它是如何工作的？
结语
通过今天的学习，你应该对PCIe事务层的基本概念、事务类型、请求和响应机制、配置和管理有了深入的了解。接下来的课程将深入探讨PCIe的配置空间、中断机制和其他高级功能，帮助你在实际工作中更好地应用PCIe技术。期待明天的学习！
标签：天教,事务,Transaction,21,配置,发送,PCIe,请求,设备 From： https://blog.csdn.net/xiaoheshang_123/article/details/143704719