用于 PCIe* 解决方案的 Intel® Stratix® 10 Avalon® -ST和Single Root I/O Virtualization (SR-IOV)接口用户指南

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ID 683111
日期 12/06/2017
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1. 介绍 2. 快速入门指南 3. 接口概述 4. 参数 5. 使用IP Core进行设计 6. 模块描述 7. 中断 8. 寄存器 9. 测试台和设计实例 10. 故障排查与观察链路 A. PCI Express核架构 B. TX信用调整示例代码 C. 文档修订历史
1. 介绍 x
1.1. 用于PCIe包含可选SR-IOV的Avalon-ST接口简介(Avalon-ST Interface with Optional SR-IOV for PCIe Introduction) 1.2. 特性 1.3. 发布信息 1.4. 器件系列支持 1.5. 建议的速度等级 1.6. 性能和资源利用 1.7. 收发器瓦片(Transceiver Tiles) 1.8. PCI Express IP Core封装布局 1.9. 通道可用性
2. 快速入门指南 x
2.1. 设计组件 2.2. 目录结构 2.3. 生成设计实例 2.4. 仿真设计实例 2.5. 编译设计实例并为器件编程 2.6. 安装Linux Kernel Driver 2.7. 运行设计实例应用程序
3. 接口概述 x
3.1. Avalon-ST RX接口 3.2. Avalon-ST TX接口 3.3. TX信用接口(TX Credit Interface) 3.4. TX和RX串行数据 3.5. 时钟 3.6. 功能级复位接口(Function-Level Reset (FLR) Interface) 3.7. SR-IOV的控制阴影接口(Control Shadow Interface for SR-IOV) 3.8. 配置扩展总线接口(Configuration Extension Bus Interface) 3.9. Hard IP重配置接口 3.10. 中断接口 3.11. 电源管理接口(Power Management Interface) 3.12. 复位(Reset) 3.13. 传输层配置接口 3.14. PLL重配置接口 3.15. PIPE接口(仅适用于仿真)
4. 参数 x
4.1. Stratix 10 Avalon-ST设置 4.2. 多功能和SR-IOV系统设置 4.3. 基地址寄存器(Base Address Register) 4.4. 器件标识寄存器(Device Identification Register) 4.5. TPH/ATS功能 4.6. PCI Express和PCI性能参数 4.7. 配置，调试和扩展选项 4.8. PHY特征(PHY Characteristics) 4.9. Intel® Stratix® 10实例设计
4.6. PCI Express和PCI性能参数 x
4.6.1. 器件性能(Device Capabilities) 4.6.2. 链路Capability 4.6.3. MSI和MSI-X性能 4.6.4. 插槽Capability 4.6.5. 电源管理 4.6.6. Vendor Specific Extended Capability (VSEC，供应商指定扩展性能)
5. 使用IP Core进行设计 x
5.1. 生成（Generation） 5.2. 仿真 5.3. IP核生成输出( Intel® Quartus® Prime Pro Edition) 5.4. 综合与实现 5.5. 所要求的IP Core 5.6. 通道布局和PLL使用
5.2. 仿真 x
5.2.1. 选择串行或PIPE仿真
5.4. 综合与实现 x
5.4.1. 时钟要求 5.4.2. 复位要求
5.5. 所要求的IP Core x
5.5.1. Hard Reset Controller 5.5.2. TX PLL
6. 模块描述 x
6.1. 接口 6.2. Application Layer报告的错误 6.3. 功耗管理 6.4. 传输排序(Transaction Ordering) 6.5. RX Buffer
6.1. 接口 x
6.1.1. Avalon-ST RX和TX接口的TLP Header和Data对齐 6.1.2. Avalon-ST 256-Bit RX接口 6.1.3. Avalon-ST 512-Bit RX接口 6.1.4. Avalon-ST 256-Bit TX接口 6.1.5. Avalon-ST 512-Bit TX接口 6.1.6. TX信用接口(TX Credit Interface) 6.1.7. 解释TX信用接口(Interpreting the TX Credit Interface) 6.1.8. 时钟 6.1.9. 更新流程控制计时器和信用释放(Update Flow Control Timer and Credit Release) 6.1.10. 复位(Resets) 6.1.11. 功能级复位接口(Function-Level Reset (FLR) Interface) 6.1.12. 中断 6.1.13. SR-IOV的控制阴影接口(Control Shadow Interface for SR-IOV) 6.1.14. 传输层配置空间接口(Transaction Layer Configuration Space Interface) 6.1.15. 配置扩展总线接口(Configuration Extension Bus Interface) 6.1.16. 硬核IP状态接口(Hard IP Status Interface) 6.1.17. 串行数据接口 6.1.18. PIPE接口 6.1.19. Hard IP重配置 6.1.20. 功耗管理接口(Power Management Interface) 6.1.21. 测试接口 6.1.22. PLL IP重配置 6.1.23. 消息处理(Message Handling)
6.1.2. Avalon-ST 256-Bit RX接口 x
6.1.2.1. Avalon-ST RX接口三双字和四双字TLP (Avalon-ST Interface Three- and Four-Dword TLP) 6.1.2.2. 256-Bit接口的Avalon-ST RX接口rx_st_ready置低 6.1.2.3. Avalon-ST RX接口rx_st_valid置低 6.1.2.4. Avalon-ST RX背对背传输(Avalon-ST RX Back-to-Back Transmission) 6.1.2.5. Avalon-ST RX接口单周期TLP
6.1.3. Avalon-ST 512-Bit RX接口 x
6.1.3.1. 使用512-Bit接口的PCIe TLP布局
6.1.4. Avalon-ST 256-Bit TX接口 x
6.1.4.1. Avalon-ST TX Three- and Four-Dword TLPs 6.1.4.2. Avalon-ST TX接口tx_st_ready置低 6.1.4.3. Avalon-ST TX背对背传输(Avalon-ST TX Back-to-Back Transmission)
6.1.12. 中断 x
6.1.12.1. MSI和传统中断
6.1.23. 消息处理(Message Handling) x
6.1.23.1. 端点接收到的消息(Endpoint Received Messages) 6.1.23.2. 端点传输的消息(Endpoint Transmitted Messages) 6.1.23.3. 根端口收到的消息(Root Port Received Messages) 6.1.23.4. 根端口发送的消息(Root Port Transmitted Messages)
6.2. Application Layer报告的错误 x
6.2.1. 错误处理(Error Handling)
6.3. 功耗管理 x
6.3.1. Endpoint D3 Entry 6.3.2. End Point D3退出 6.3.3. 从D3 hot退出 6.3.4. 从D3 cold退出 6.3.5. 活动状态功耗管理(Active State Power Management)
6.4. 传输排序(Transaction Ordering) x
6.4.1. TX TLP排序 6.4.2. RX TLP排序
6.5. RX Buffer x
6.5.1. 重试缓存(Retry Buffer) 6.5.2. 配置重试状态(Configuration Retry Status)
7. 中断 x
7.1. 端点的中断
7.1. 端点的中断 x
7.1.1. MSI和传统中断 7.1.2. MSI-X 7.1.3. 实现MSI-X中断 7.1.4. 传统中断
8. 寄存器 x
8.1. 配置空间寄存器
8.1. 配置空间寄存器 x
8.1.1. 寄存器访问定义 8.1.2. PCI配置头（header）寄存器 8.1.3. PCI Express性能结构 8.1.4. Intel定义的VSEC Capability头 8.1.5. 通用控制和状态寄存器(General Purpose Control and Status Register) 8.1.6. 不可纠正的内部错误状态寄存器 8.1.7. 不可纠正的内部错误掩码寄存器 8.1.8. 可纠正的内部错误状态寄存器 8.1.9. 可纠正的内部错误掩码寄存器 8.1.10. SR-IOV虚拟化扩展功能寄存器地址映射(SR-IOV Virtualization Extended Capabilities Registers Address Map)
8.1.4. Intel定义的VSEC Capability头 x
8.1.4.1. Intel定义的供应商特定Header 8.1.4.2. Intel Marker 8.1.4.3. JTAG Silicon ID 8.1.4.4. 用户可配置器件和电路板ID
8.1.10. SR-IOV虚拟化扩展功能寄存器地址映射(SR-IOV Virtualization Extended Capabilities Registers Address Map) x
8.1.10.1. ARI Enhanced Capability Header 8.1.10.2. SR-IOV增强性能寄存器(SR-IOV Enhanced Capability Registers) 8.1.10.3. 初始VF和总共VF寄存器(Initial VFs and Total VFs Registers) 8.1.10.4. VF Device ID Register 8.1.10.5. Page Size Registers 8.1.10.6. VF基地址寄存器(BARs) 0-5 (VF Base Address Registers (BARs) 0-5) 8.1.10.7. Secondary PCI Express Extended Capability Header 8.1.10.8. 通道状态寄存器(Lane Status Registers) 8.1.10.9. Transaction Processing Hints (TPH) Requester Enhanced Capability Header 8.1.10.10. TPH Requester Capability Register 8.1.10.11. TPH Requester Control Register 8.1.10.12. Address Translation Services ATS Enhanced Capability Header 8.1.10.13. ATS Capability Register and ATS Control Register
9. 测试台和设计实例 x
9.1. 端点测试台(Endpoint Testbench) 9.2. 测试驱动器模块(Test Driver Module) 9.3. 根端口BFM概述(Root Port BFM Overview) 9.4. BFM处理过程与函数
9.1. 端点测试台(Endpoint Testbench) x
9.1.1. SR-IOV的端点测试台
9.3. 根端口BFM概述(Root Port BFM Overview) x
9.3.1. BFM存储器映射 9.3.2. 配置空间总线和器件编号 9.3.3. 根端口和端点的配置(Configuration of Root Port and Endpoint ) 9.3.4. 发出读写传输到应用层
9.4. BFM处理过程与函数 x
9.4.1. ebfm_barwr处理过程 9.4.2. ebfm_barwr_imm过程(ebfm_barwr_imm Procedure) 9.4.3. ebfm_barrd_wait处理过程 9.4.4. ebfm_barrd_nowt处理过程 9.4.5. ebfm_cfgwr_imm_wait过程(ebfm_cfgwr_imm_wait Procedure) 9.4.6. ebfm_cfgwr_imm_nowt处理过程 9.4.7. ebfm_cfgrd_wait处理过程 9.4.8. ebfm_cfgrd_nowt处理过程 9.4.9. BFM配置过程 9.4.10. BFM共享存储器访问过程 9.4.11. BFM日志和消息过程 9.4.12. Verilog HDL格式化函数
9.4.9. BFM配置过程 x
9.4.9.1. ebfm_cfg_rp_ep规程 9.4.9.2. ebfm_cfg_decode_bar处理过程
9.4.10. BFM共享存储器访问过程 x
9.4.10.1. 共享存储器常量 9.4.10.2. shmem_write任务 9.4.10.3. shmem_read函数 9.4.10.4. shmem_display Verilog HDL函数 9.4.10.5. shmem_fill处理过程 9.4.10.6. shmem_chk_ok函数
9.4.11. BFM日志和消息过程 x
9.4.11.1. ebfm_display Verilog HDL函数 9.4.11.2. ebfm_log_stop_sim Verilog HDL函数 9.4.11.3. ebfm_log_set_suppressed_msg_mask任务 9.4.11.4. ebfm_log_set_stop_on_msg_mask Verilog HDL任务 9.4.11.5. ebfm_log_open Verilog HDL函数 9.4.11.6. ebfm_log_close Verilog HDL函数
9.4.12. Verilog HDL格式化函数 x
9.4.12.1. himage1 9.4.12.2. himage2 9.4.12.3. himage4 9.4.12.4. himage8 9.4.12.5. himage16 9.4.12.6. dimage1 9.4.12.7. dimage2 9.4.12.8. dimage3 9.4.12.9. dimage4 9.4.12.10. dimage5 9.4.12.11. dimage6 9.4.12.12. dimage7
10. 故障排查与观察链路 x
10.1. 故障排查 10.2. PCIe链路检查工具概述
10.1. 故障排查 x
10.1.1. Polling.Active状态后仿真进程失败 10.1.2. 硬件启动问题 10.1.3. 链路训练 10.1.4. 链路在L0状态挂起(Link Hangs in L0 State) 10.1.5. 使用第三方PCIe分析程序 10.1.6. BIOS枚举问题
10.2. PCIe链路检查工具概述 x
10.2.1. PCIe* Link Inspector硬件
10.2.1. PCIe* Link Inspector硬件 x
10.2.1.1. 使能 PCIe* Link Inspector 10.2.1.2. 运行 PCIe* Link Inspector 10.2.1.3. PCIe* Link Inspector LTSSM监控工具 10.2.1.4. 访问配置空间和收发器寄存器 10.2.1.5. 其他状态命令
10.2.1.3. PCIe* Link Inspector LTSSM监控工具 x
10.2.1.3.1. LTSSM监控寄存器 10.2.1.3.2. ltssm_save2file <file_name> 10.2.1.3.3. ltssm_debug_check 10.2.1.3.4. ltssm_display <num_states>
10.2.1.4. 访问配置空间和收发器寄存器 x
10.2.1.4.1. PCIe* Link Inspector命令 10.2.1.4.2. ADME PLL和通道命令 10.2.1.4.3. 寄存器地址映射
10.2.1.5. 其他状态命令 x
10.2.1.5.1. 显示PLL锁定和校准状态寄存器
A. PCI Express核架构 x
A.1. 传输层(Transaction Layer) A.2. 数据链路层(Data Link Layer) A.3. 物理层(Physical Layer)
C. 文档修订历史 x
C.1. 用于 PCI Express* 解决方案的 Intel® Stratix® 10 Avalon® -ST和Single-Root I/O Virtualization (SR-IOV)接口用户指南的文档修订历史
1. 介绍
2. 快速入门指南
3. 接口概述
4. 参数
5. 使用IP Core进行设计
6. 模块描述
7. 中断
8. 寄存器
9. 测试台和设计实例
10. 故障排查与观察链路
A. PCI Express核架构
B. TX信用调整示例代码
C. 文档修订历史

A.3. 物理层(Physical Layer)

Physical Layer是PCI Express协议栈的最低级别。它是最接近串行链路的一层。它对链路上的数据包进行编码和传输，并对接收到的数据包进行接受并解码。Physical Layer通过高速SERDES接口连接到链路，对于Gen1实现，高速SERDES接口运行在2.5 Gbps，对于Gen2实现，高速SERDES接口运行在2.5或5.0 Gbps，对于Gen3实现，高速SERDES接口运行在2.5，5.0或8.0 Gbps。

Physical Layer负责以下操作：

  • 培训链路
  • 2.5 Gbps (Gen1), 5.0 Gbps (Gen2)的加扰/解扰和8B/10B编码/解码，或者每通道8.0 Gbps (Gen3)的128b/130b编码/解码
  • 串化数据和解串化数据
  • 均衡 (Gen3)
  • 操作PIPE 3.0接口
  • 实现自动速度协商(Gen2和Gen3)
  • 传输和解码培训序列
  • 提供硬件自主速度控制
  • 实现自动通道反转

Physical Layer被PIPE Interface Specification细分为两层(上图中水平括号中)：

  • PHYMAC—MAC层包括LTSSM和加扰/解扰，字节重新排序和多通道去偏移功能(multilane deskew function)。
  • PHY Layer—PHY层包括Gen1和Gen2的8B/10B编码和解码功能。它包括Gen3的128b/130b编码和解码功能。PHY也包括弹性缓冲和序列化/解串行功能。
Physical Layer集成了数字和模拟单元。Intel设计了PIPE接口以将PHYMAC与PHY分开。 Intel® Stratix® 10 Hard IP for PCI Express符合PIPE接口规范。
注： 内部PIPE接口对于仿真是可见的。它不适用于使用诸如Signal Tap的逻辑分析仪的硬件调试。如果将Signal Tap连接到此接口，那么设计将会编译失败。
图 83. 物理层体系结构(Physical Layer Architecture)

PHYMAC模块由四个主要子模块组成：

  • MAC Lane—RX和TX路径都使用此模块。
    • 在RX一侧，此模块解码Physical Layer数据包并向LTSSM报告接收到的TS1/TS2有序集的类型和数量。
    • 在TX一侧，此模块对DLL和Ordered Set和SKP子模块(LTSTX)的数据进行多路复用。它还添加通道特定信息，包括通道数量以及当LTSSM在初始化过程中禁用通道时的force PAD值。
  • LTSSM—此模块实现LTSSM和跟踪每个通道上的TX和RX培训序列的逻辑。
  • 对于传输，它通过置位全局和每通道控制比特来生成特定的Physical Layer数据包，从而与每个MAC通道子模块和LTSTX子模块进行交互。
    • 在接收路径上，它接收每个MAC通道子块模报告的Physical Layer数据包。它还可以使能多通道去偏斜模块(multilane deskew block)。此模块将Physical Layer状态报告给更高层。
    • LTSTX(Ordered Set和SKP Generation) - 该子模块生成Physical Layer数据包。它接收来自LTSSM模块的控制信号并为每个通道生成Physical Layer数据包。它为相应的TS1/TS2域中的链路或通道的所有通道和PAD符号生成相同的Physical Layer Packet。此模块还通过置位预定义的PIPE信号并等待结果来处理PCS子层的接收器检测操作。它还会在每个预定义的时隙生成一个SKP Ordered Set，并与TX对齐模块交互以防止SKP Ordered Set插入到数据包中。
    • 偏斜校正(Deskew)—该子模块执行多通道偏斜校正功能和初始化通道与数据通路之间的RX对齐功能。多通道偏移校正为每个通道实现一个eight-word FIFO缓冲区来存储符号。每个符号包含八个数据位，一个奇偶校验位和一个控制位。 FIFO丢弃FTS，COM和SKP符号，并用D0.0数据替换PAD和IDL。当所有8个FIFO都包含数据时，才能读取。当多通道偏斜校正模块首先使能时，每个FIFO在检测到第一个COM后开始写入。如果所有通道在7个时钟周期后都未检测到COM符号，那么所有通道会被复位，然重新开始重同步进程 ，否则RX对齐功能会重新创建一个发送到DLL的64-bit数据字。
二级标题