用于 PCI Express* 的 Intel® FPGA R-tile Avalon® Streaming IP用户指南

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ID 683501
日期 3/28/2022
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1. 有关R-tile Avalon® 流 Intel® FPGA IP用于PCI Express 2. IP架构和功能描述 3. 高级功能特性 4. 接口 5. 参数 6. 用于 PCI Express* 的 Intel® FPGA R-tile Avalon® Streaming IP用户指南存档 7. 用于PCI Express的Intel FPGA R-tile Avalon® Streaming IP用户指南文档修订历史 A. 配置空间寄存器 B. 根端口枚举 C. Endpoint模式下Address Translation Services（ATS）的实现 D. TLP Bypass模式下转发到用户应用的数据包
1. 有关R-tile Avalon® 流 Intel® FPGA IP用于PCI Express x
1.1. 概述 1.2. 功能特性 1.3. 发布信息 1.4. 器件系列支持 1.5. 性能和资源利用率 1.6. IP核支持级别
1.1. 概述 x
1.1.1. 标准与和合规
2. IP架构和功能描述 x
2.1. 概述 2.2. Bias Temperature Instability (BTI)保护模式 2.3. PCIe硬核IP模式 2.4. PIPE Direct模式
2.3. PCIe硬核IP模式 x
2.3.1. 时钟 2.3.2. 复位 2.3.3. PCI Express协议堆栈
2.3.3. PCI Express协议堆栈 x
2.3.3.1. PMA/PCS 2.3.3.2. 数据链路层概述 2.3.3.3. 事务层概述
2.4. PIPE Direct模式 x
2.4.1. 时钟 2.4.2. 复位 2.4.3. PIPE层
3. 高级功能特性 x
3.1. PCIe端口分叉和PHY通道映射 3.2. 虚拟化支持 3.3. TLP Bypass模式
3.2. 虚拟化支持 x
3.2.1. SR-IOV支持 3.2.2. VirtIO支持
3.2.1. SR-IOV支持 x
3.2.1.1. SR-IOV支持的功能列表 3.2.1.2. 实现 3.2.1.3. VF到PF映射 3.2.1.4. 功能级复位（FLR）
3.2.1.2. 实现 x
3.2.1.2.1. VF Error Flag Interface（仅适用于x16/x8 Core）
3.2.2. VirtIO支持 x
3.2.2.1. VirtIO支持的功能清单 3.2.2.2. 概述 3.2.2.3. 参数 3.2.2.4. VirtIO PCI配置访问接口 3.2.2.5. 寄存器
3.2.2.5. 寄存器 x
3.2.2.5.1. VirtIO Common Configuration Capability寄存器（地址: 0x012） 3.2.2.5.2. VirtIO Common Configuration Capability寄存器（地址: 0x013） 3.2.2.5.3. VirtIO Common Configuration BAR Offset寄存器（地址: 0x014） 3.2.2.5.4. VirtIO Common Configuration Structure长度寄存器（地址：0x015） 3.2.2.5.5. VirtIO Notifications Capability寄存器（地址：0x016） 3.2.2.5.6. VirtIO Notifications BAR Indicator寄存器（地址：0x017） 3.2.2.5.7. VirtIO Notifications BAR Offset寄存器（地址：0x018） 3.2.2.5.8. VirtIO Notifications Structure长度寄存器（地址：0x019） 3.2.2.5.9. VirtIO Notifications Notify Off Multiplier寄存器（地址：0x01A） 3.2.2.5.10. VirtIO ISR Status Capability寄存器（地址：0x02F） 3.2.2.5.11. VirtIO ISR Status BAR Indicator寄存器（地址：0x030） 3.2.2.5.12. VirtIO ISR Status BAR Offset寄存器（地址：0x031） 3.2.2.5.13. VirtIO ISR Status Structure长度寄存器（地址：0x032） 3.2.2.5.14. VirtIO Device Specific Capability寄存器（地址：0x033） 3.2.2.5.15. VirtIO Device Specific BAR Indicator寄存器（地址：0x034） 3.2.2.5.16. VirtIO Device Specific BAR Offset寄存器（地址：0x035） 3.2.2.5.17. VirtIO Device Specific Structure长度寄存器（地址：0x036） 3.2.2.5.18. VirtIO PCI Configuration Access Capability寄存器（Address: 0x037） 3.2.2.5.19. VirtIO PCI Configuration Access BAR Indicator寄存器（地址：0x038） 3.2.2.5.20. VirtIO PCI Configuration Access BAR Offset寄存器（地址：0x039） 3.2.2.5.21. VirtIO PCI Configuration Access Structure长度寄存器（地址：0x03A） 3.2.2.5.22. VirtIO PCI Configuration Access Data寄存器（地址：0x03B）
3.3. TLP Bypass模式 x
3.3.1. 概述 3.3.2. TLP Bypass模式的寄存器设置 3.3.3. 硬IP重配置接口 3.3.4. Avalon® Streaming接口
3.3.2. TLP Bypass模式的寄存器设置 x
3.3.2.1. TLPBYPASS_ERR_EN（地址 0x1314） 3.3.2.2. TLPBYPASS_ERR_STATUS（地址 0x1310）
3.3.4. Avalon® Streaming接口 x
3.3.4.1. 配置TLP 3.3.4.2. 发送接口 3.3.4.3. 接收接口 3.3.4.4. 异常的TLP 3.3.4.5. ECRC
4. 接口 x
4.1. 概述 4.2. 时钟和复位 4.3. 串行数据接口 4.4. PCI Express模式 4.5. PIPE Direct模式
4.2. 时钟和复位 x
4.2.1. 时钟 4.2.2. 复位
4.4. PCI Express模式 x
4.4.1. Avalon® 流接口 4.4.2. 精确时间测量（PTM）接口（仅端点） 4.4.3. 中断接口 4.4.4. Hard IP重配置接口 4.4.5. Error接口 4.4.6. Completion Timeout接口 4.4.7. Configuration Intercept接口 4.4.8. 电源管理接口 4.4.9. Hard IP状态接口 4.4.10. Page Request Services (PRS)接口（仅Endpoint） 4.4.11. Function-Level Reset (FLR，功能层复位)接口（仅Endpoint） 4.4.12. SR-IOV VF Error Flag接口（仅Endpoint） 4.4.13. 通用VSEC接口
4.4.1. Avalon® 流接口 x
4.4.1.1. Avalon® 流RX和TX接口的TLP头和数据对齐 4.4.1.2. Credit控制 4.4.1.3. Avalon® Streaming RX接口 4.4.1.4. Avalon® Streaming TX接口 4.4.1.5. 标记分配
4.4.1.2. Credit控制 x
4.4.1.2.1. Credit接口 - 数据和头 4.4.1.2.2. Credit初始化 4.4.1.2.3. Credit更新/释放 4.4.1.2.4. RX流程控制接口 4.4.1.2.5. TX流量控制接口
4.4.1.4. Avalon® Streaming TX接口 x
4.4.1.4.1. Avalon® Streaming TX Interface tx_st_ready_o行为
4.4.1.5. 标记分配 x
4.4.1.5.1. Completion Buffer Size
4.4.3. 中断接口 x
4.4.3.1. Legacy中断 4.4.3.2. MSI 4.4.3.3. MSI-X
4.4.3.3. MSI-X x
4.4.3.3.1. 实现MSI-X中断
4.4.8. 电源管理接口 x
4.4.8.1. D3Hot Entry（进入） 4.4.8.2. D3Hot Exit（退出） 4.4.8.3. D3Cold Entry 4.4.8.4. D3Cold Exit
4.4.8.2. D3Hot Exit（退出） x
4.4.8.2.1. Host发起的D3Hot Exit 4.4.8.2.2. EP发起的D3Hot Exit
4.5. PIPE Direct模式 x
4.5.1. 数据信号 4.5.2. 消息通道 4.5.3. 偏移校正通道 4.5.4. PIPE Direct复位序列 4.5.5. PIPE Direct速率变化 4.5.6. PIPE Lane复位交错（Staggering） 4.5.7. PIPE Direct模式中未使用的Lane
4.5.1. 数据信号 x
4.5.1.1. 发送信号 4.5.1.2. 接收信号
4.5.3. 偏移校正通道 x
4.5.3.1. MAC to PHY (M2P)信号 4.5.3.2. PHY to MAC (P2M)信号
5. 参数 x
5.1. 顶层设置 5.2. 内核参数
5.2. 内核参数 x
5.2.1. Avalon参数 5.2.2. 基地址寄存器 5.2.3. PCI Express和PCI Capabilities参数
5.2.3. PCI Express和PCI Capabilities参数 x
5.2.3.1. 器件Capabilities 5.2.3.2. VirtIO参数 5.2.3.3. 链路Capabilities 5.2.3.4. Legacy中断管脚寄存器 5.2.3.5. MSI Capabilities 5.2.3.6. MSI-X Capabilities 5.2.3.7. 插槽Capabilities 5.2.3.8. Latency Tolerance Reporting (LTR) 5.2.3.9. Process Address Space ID (PASID) 5.2.3.10. 器件序列号Capability 5.2.3.11. Page Request Service (PRS) 5.2.3.12. Access Control Service (ACS) 5.2.3.13. 电源管理 5.2.3.14. Vendor Specific Extended Capability (VSEC，供应商指定扩展性能)寄存器 5.2.3.15. TLP Processing Hints (TPH) 5.2.3.16. Address Translation Services (ATS) Capabilities 5.2.3.17. Precision Time Management (PTM)
C. Endpoint模式下Address Translation Services（ATS）的实现 x
C.1. 发送Translated/Untranslated请求 C.2. 从Endpoint (EP)向Root Complex (RC)发送Page Request Message C.3. 验证Requests/Completions无效
D. TLP Bypass模式下转发到用户应用的数据包 x
D.1. EP TLP Bypass模式（上游） D.2. RC TLP Bypass模式（下游）
1. 有关R-tile Avalon® 流 Intel® FPGA IP用于PCI Express
2. IP架构和功能描述
3. 高级功能特性
4. 接口
5. 参数
6. 用于 PCI Express* 的 Intel® FPGA R-tile Avalon® Streaming IP用户指南存档
7. 用于PCI Express的Intel FPGA R-tile Avalon® Streaming IP用户指南文档修订历史
A. 配置空间寄存器
B. 根端口枚举
C. Endpoint模式下Address Translation Services（ATS）的实现
D. TLP Bypass模式下转发到用户应用的数据包

4.5.5. PIPE Direct速率变化

PIPE Direct Data模式下，RX数据链路的时钟源自PHY恢复时钟（pipe_direct_pld_rx_clk_out_o）。当PHY从Gen1训练到Gen5时，PHY恢复时钟会改变频率。PIPE Direct RX速率改变期间，需要遵循如下序列。

如有需要，软IP控制器首先更改速率或宽度。R-tile Avalon Streaming IP仅在Soft IP控制器已做出改变后，才置位lnX_pipe_direct_pclkchangeok_o。当此更改完成并稳定后，Soft IP控制器才置位lnX_pipe_direct_pclkchangeack_i。Soft IP控制器置位lnX_pipe_direct_pclkchangeack_i后，R-tile Avalon Streaming IP通过置位lnX_pipe_direct_phystatus_o一个周期作为响应，并以解除置位lnX_pipe_direct_phystatus_o的同时解除置位lnX_pipe_direct_pclkchangeok_o。在lnX_pipe_direct_pclkchangeok_o被采样为低电平时，Soft IP控制器接触置位lnX_pipe_direct_pclkchangeack_i。

如下两个作为参考的时序图，说明了从Gen1到Gen5的速度改变。
注： 尽管下图说明的是从Gen1到Gen5的速度改变，但总体序列适用于所有速度改变。只是步骤1中ln0_pipe_direct_rate_i的最终值会根据最终速度的不同而不同。
图 38. PIPE Direct速度变化（第1部分）
图 39. PIPE Direct速度变化（第2部分）
图中显示的步骤为：
  1. Soft IP控制器将发送到IP的PIPE每通道速率信号(ln0_pipe_direct_rate_i)从Gen1改到Gen5。
  2. IP解除置位每通道的PIPE RX复位状态信号(ln_pipe_direct_reset_status_n_o)。
  3. 解除置位PIPE per-channel PCLK change OK和ACK信号(ln0_pipe_direct_pclkchangeok_o，ln0_pipe_direct_pclkchangeack_i)。
  4. IP解除置位PIPE per-channel RX CDR lock-to-reference信号(ln0_pipe_direct_cdrlockstatus_o)。
  5. IP将PIPE per-channel PHY状态脉冲(ln0_pipe_direct_phystatus_o) 发送到Soft IP控制器。并且IP解除置位pclkchangeok (ln0_pipe_direct_pclkchangeok_o) ，以及Soft IP控制器解除置位pclkchangeack (ln0_pipe_direct_pclkchangeack_i)。
  6. 从Soft IP控制器传IP的PIPE每通道TX数据(ln0_pipe_direct_txdata_i)传输开始(以Gen5速率)。
  7. IP置位PIPE每通道RX CDR锁定到数据（lock-to-data）信号(ln0_pipe_direct_cdrlock2data_o)。
  8. 从IP到Soft IP控制器的PIPE每通道RX输出时钟(ln0_pipe_direct_pld_rx_clk_out_o)变为有效。
  9. 从IP到Soft IP控制其的PIPE每通道RX数据(ln0_pipe_direct_pipe_rxdata_o)开始传输（以Gen5速率）。

PIPE Direct TX数据路径和PIPE Direct RX数据路径提供了PIPE Direct模式TX和RX数据路径信号图解。

图 40. PIPE Direct TX数据路径
注： 在Gen1和Gen2速度下，仅从LnX_pipe_direct_txdata总线上低段来的10个LSB位包含有效数据。位[63:10]无关紧要。
图 41. PIPE Direct RX数据路径
注： 在Gen1和Gen2速度下，仅LnX_pipe_direct_rxdata_o总线的上段和低段的10个LSB位中包含有效数据。位[31:10]和[63:42]无关紧要。
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