高速接口PCIe无痛入门（一）总体架构

Reference: http://blog.chinaaet.com/justlxy/p/5100053251

PCIe简介

不讲历史了，总之就是迭代了好几代。

PCIe就是PCI的express版本，是个高速串行总线而不是传统的并行总线。串行传输里，数据都是以packet传输的。

PCIe插槽是电脑主板上的一部分，它们是物理上的固体插槽。这些插槽是用硬塑料制成的，并且具有金属接触点，用来插入相应的扩展卡。PCIe插槽有不同的尺寸和配置，如x1、x4、x8、x16等，以适应不同带宽需求的扩展卡。这些数字代表插槽提供的数据传输通道数，通道数越多，可传输的数据就越多，从而支持更高性能的扩展卡。

PCIe 基本协议概念

总体结构

两个device要通过好几层进行连接。application layer，transaction layer，data link layer，PHY。application layer完全是由客户决定的，这一层决定了PCIe设备的类型和基础功能，可以由硬件（如FPGA）或者软硬件协同实现。比如如果该设备为Switch，则应用层需要实现包路由（Packet Routing）等相关逻辑。如果该设备为Root，则应用层需要实现虚拟的PCIe总线0（Virtual PCIe Bus 0），并代表整个PCIe总线系统与CPU通信。

事物层

事务层是负责管理数据包（Transaction Layer Packet，TLP）的创建、解码和校验的部分。简单来说，它就像是一个邮局，负责正确包装（创建）你的信件（数据包），确保信件的地址和内容格式正确（解码与校检），以及当信件到达目的地时，能够被正确理解和接收。

• 发送端：就像你寄信前准备信件，确保地址和邮资正确。在事务层，它创建TLP，这包括确定数据将如何被发送、需要发送什么数据，以及这些数据如何被打包。
• 接收端：就像收信人打开信件，检查信件是否为他们所寄，并阅读内容。在事务层，它负责解码接收到的TLP，并进行校验，以确保数据未被篡改且完整无误。
• 附加功能：事务层还包含了一些高级功能，如QoS（服务质量，确保数据传输的优先级和速度）、流量控制（避免数据传输过载）、以及Transaction Ordering（事务排序，确保数据包的发送和接收顺序）。

数据链路层

数据链路层类似于邮局的内部操作，确保数据包（在这里是Data Link Layer Packet，DLLP）的正确传输和确认收到的信息。

• 创建、解码和校检DLLP：它负责处理特定于链路层的数据包，这些数据包帮助管理和保护数据传输过程。
• Ack/Nak应答机制：这是一个反馈系统，用于确认数据包是否已成功接收（Ack，确认）或是否需要重传（Nak，否认），类似于收信后给寄信人的回复，确保他们知道你是否收到了信件。

物理层

物理层就是数据传输的基础，负责实际的数据包（TLPs、DLLPs和Ordered-Sets）发送和接收。你可以将其看作是邮局的运输网络，包括邮递员和邮车，负责实体地传递你的信件。

• 处理：在发送数据之前，物理层会对数据进行一系列处理（如Byte Striping分条处理、Scramble扰码和Encoder编码），以优化传输过程并减少错误。接收端则进行相反的处理，以还原数据。
• 链路训练与初始化：在数据传输开始之前，发送端和接收端需要"协商"，确保它们以相同的方式发送和接收数据。这通过一个过程，称为链路训练和初始化来完成，通常是由一个状态机（LTSSM）来管理的，可以看作是两个邮局之间确定如何交换信件的协议。

在PCIe体系结构中，事务层，数据链路层 和 物理层 存在于每一个端口（Port）中，也就是说Switch中必然存在一个以上的这样的结构。

详细补充：