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

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ID 683501
日期 6/26/2023
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1. 有关用于PCI Express的 英特尔® FPGA R-tile Avalon® Streaming IP 2. IP架构和功能描述 3. 高级特性 4. 接口 5. 参数 6. 故障排查/调试 7. 用于 PCI Express* 的 英特尔® FPGA R-tile Avalon® Streaming IP用户指南存档 8. 用于PCI Express的英特尔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 E. R-Tile Avalon Streaming Intel FPGAIP for PCI Express支持的掩膜裕量
1. 有关用于PCI Express的 英特尔® FPGA R-tile Avalon® Streaming IP 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. 标准和规范合规
1.2. 功能特性 x
1.2.1. 多功能和虚拟化功能
2. IP架构和功能描述 x
2.1. 概述 2.2. PCIe Hard IP模式 2.3. PIPE Direct Mode
2.2. PCIe Hard IP模式 x
2.2.1. 时钟 2.2.2. 复位 2.2.3. PCI Express协议堆栈
2.2.2. 复位 x
2.2.2.1. 单个PERST 2.2.2.2. 独立的PERST管脚 2.2.2.3. 独立的GPIO PERST
2.2.2.2. 独立的PERST管脚 x
2.2.2.2.1. 使用独立PERST管脚时的REFCLK和PERST指南
2.2.2.3. 独立的GPIO PERST x
2.2.2.3.1. 使用独立GPIO PERST时的REFCLK和PERST指南
2.2.3. PCI Express协议堆栈 x
2.2.3.1. PMA 2.2.3.2. 数据链路层概述 2.2.3.3. 事务层概述
2.2.3.3. 事务层概述 x
2.2.3.3.1. Deferrable Memory Write (DMWr)
2.3. PIPE Direct Mode x
2.3.1. 时钟 2.3.2. 复位 2.3.3. PIPE层
3. 高级特性 x
3.1. PCIe端口分叉和PHY通道映射 3.2. 虚拟化支持 3.3. TLP旁路模式
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支持的功能特性列表 3.2.1.2. 实现 3.2.1.3. VF到PF映射 3.2.1.4. 功能层复位（FLR）
3.2.1.2. 实现 x
3.2.1.2.1. VF错误标志接口（仅适用于x16/x8内核）
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 Length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 (Address: 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（地址：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旁路模式 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TLP 3.3.4.5. ECRC
4. 接口 x
4.1. 时钟和复位 4.2. 串行数据接口 4.3. PCI Express模式 4.4. PIPE Direct Mode
4.1. 时钟和复位 x
4.1.1. 时钟 4.1.2. 复位
4.3. PCI Express模式 x
4.3.1. Avalon® Streaming接口 4.3.2. 精确时间测量（PTM）接口（仅Endpoint） 4.3.3. 中断接口 4.3.4. 硬IP重配置接口 4.3.5. 错误（Error）接口 4.3.6. Completion Timeout接口 4.3.7. 配置拦截接口 4.3.8. 电源管理接口（Power Management Interface） 4.3.9. Hard IP状态接口 4.3.10. Page Request Services (PRS)接口（仅Endpoint） 4.3.11. Function-Level Reset (FLR)接口（仅Endpoint） 4.3.12. SR-IOV VF Error Flag接口（仅Endpoint） 4.3.13. 通用VSEC接口
4.3.1. Avalon® Streaming接口 x
4.3.1.1. Avalon® 流RX和TX接口的TLP头和数据对齐 4.3.1.2. Credit控制 4.3.1.3. Avalon® Streaming RX接口 4.3.1.4. Avalon® Streaming TX接口 4.3.1.5. 标志分配
4.3.1.2. Credit控制 x
4.3.1.2.1. Credit接口 - 数据和头 4.3.1.2.2. Credit初始化 4.3.1.2.3. Credit更新/释放 4.3.1.2.4. RX流程控制接口 4.3.1.2.5. TX流量控制接口
4.3.1.3. Avalon® Streaming RX接口 x
4.3.1.3.1. Avalon Streaming RX接口的应用逻辑指南
4.3.1.4. Avalon® Streaming TX接口 x
4.3.1.4.1. Avalon Streaming TX接口的应用逻辑指南 4.3.1.4.2. Avalon® Streaming TX接口pX_tx_st_ready_o行为
4.3.1.5. 标志分配 x
4.3.1.5.1. Completion缓冲区大小
4.3.3. 中断接口 x
4.3.3.1. 传统中断 4.3.3.2. MSI 4.3.3.3. MSI-X
4.3.3.3. MSI-X x
4.3.3.3.1. 实现MSI-X中断
4.3.8. 电源管理接口（Power Management Interface） x
4.3.8.1. D3Hot Entry（进入） 4.3.8.2. D3Hot Exit（退出） 4.3.8.3. D3Cold Entry（进入） 4.3.8.4. D3Cold Exit（退出）
4.3.8.2. D3Hot Exit（退出） x
4.3.8.2.1. Host发起的D3Hot Exit 4.3.8.2.2. EP发起的D3Hot Exit
4.4. PIPE Direct Mode x
4.4.1. 数据信号 4.4.2. 命令和状态信号 4.4.3. 消息总线信号 4.4.4. 偏移校正信号 4.4.5. PIPE Direct复位序列 4.4.6. PIPE Direct速率变化 4.4.7. PIPE Lane复位交错（Staggering） 4.4.8. PIPE Direct Mode中未使用的Lane
4.4.1. 数据信号 x
4.4.1.1. 发送信号 4.4.1.2. 接收信号
4.4.4. 偏移校正信号 x
4.4.4.1. MAC to PHY (M2P)信号 4.4.4.2. 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 Measurement (PTM)
6. 故障排查/调试 x
6.1. 硬件调试 6.2. 操作系统工具和实用工具 6.3. Signal Tap逻辑分析仪 6.4. 使用Hard IP Reconfiguration接口进行调试 6.5. 可用于调试活动的其他接口 6.6. 调试工具包
6.1. 硬件调试 x
6.1.1. 调试链路训练问题 6.1.2. 调试器件枚举问题 6.1.3. 调试数据传输和性能问题
6.1.3. 调试数据传输和性能问题 x
6.1.3.1. 高级错误报告（AER）
6.2. 操作系统工具和实用工具 x
6.2.1. 使用lspci实用工具读取协商链路速度
6.4. 使用Hard IP Reconfiguration接口进行调试 x
6.4.1. 使用Hard IP Reconfiguration接口使能并读取ECRC和LCRC错误计数
6.6. 调试工具包 x
6.6.1. 概述 6.6.2. 使能R-Tile Debug Toolkit 6.6.3. 启动R-Tile Debug Toolkit 6.6.4. 使用R-Tile Debug Toolkit
6.6.4. 使用R-Tile Debug Toolkit x
6.6.4.1. R-Tile信息 6.6.4.2. 事件计数器 6.6.4.3. Link Inspector 6.6.4.4. 配置空间 6.6.4.5. 通道参数
6.6.4.5. 通道参数 x
6.6.4.5.1. General PHY（通用PHY） 6.6.4.5.2. Tx数据路径 6.6.4.5.3. Rx数据路径 6.6.4.5.4. 通道裕量
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）
E. R-Tile Avalon Streaming Intel FPGAIP for PCI Express支持的掩膜裕量 x
E.1. 边距裕量掩膜概述 E.2. 5x5测试效率 E.3. Debug Toolkit工具包裕量方法论
E.2. 5x5测试效率 x
E.2.1. 首次测试 E.2.2. 抽查测试
E.3. Debug Toolkit工具包裕量方法论 x
E.3.1. Debug Toolkit工具包测试流程
1. 有关用于PCI Express的 英特尔® FPGA R-tile Avalon® Streaming IP
2. IP架构和功能描述
3. 高级特性
4. 接口
5. 参数
6. 故障排查/调试
7. 用于 PCI Express* 的 英特尔® FPGA R-tile Avalon® Streaming IP用户指南存档
8. 用于PCI Express的英特尔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
E. R-Tile Avalon Streaming Intel FPGAIP for PCI Express支持的掩膜裕量

B. 根端口枚举

本章节通过流程图来解释Root Port枚举过程。

枚举的目的是找到系统中所有连接的器件，并为每个连接的器件设置必要的寄存器并进行地址范围分配。

在枚举过程结束时，Root Port (RP)必须设置以下寄存器：
  • Primary Bus, Secondary Bus and Subordinate Bus numbers
  • Memory Base and Limit
  • IO Base and IO Limit
  • Max Payload Size
  • Memory Space Enable bit
Endpoint (EP)还必须具有由RP设置的以下寄存器：
  • Master Enable bit
  • BAR Address
  • Max Payload Size
  • Memory Space Enable bit
  • Severity bit

下图显示了连接器件的树形示例图，也是后面流程图的参考基础。

图 74. 实例系统中已连接器件的树形图
图 75. Root Port枚举流程图

图 76. Root Port枚举流程图（续）

图 77. Root Port枚举流程图（续）

注释：
  1. 对于Header Type 0和Header Type 1，Vendor ID和Device ID位于偏移0x00h。
  2. 对于PCIe Gen4，Header Type位于偏移0x0Eh（第二个DW）。如果位0设置为1，则表示该器件是一个Bridge（桥接）；否则，它是一个EP。如果位7设置为0，表示是一个单一功能器件；否则，它是一个多功能器件。
  3. RP和non-RP器件的capability寄存器清单：
    • 0x34h – Capabilities Pointers。使用该寄存器指向一个由Function实现的capabilities的链接列表：
      1. RP的Capabilities Pointer
        1. Address 40 -标识Power Management Capability ID
        2. Address 50 -标识MSI Capability ID
        3. Address 70 -标识PCI Express Capability结构
      2. non-RP的Capabilities Pointer
        1. Address 40 -标识Power Management Capability ID
        2. Address 70 -标识PCI Express Capability结构
  4. EP没有与Primary, Secondary和Subordinate Bus编号相关的寄存器。
  5. Bridge/Switch IO Base和Limit寄存器偏移0x1Ch。这些寄存器是根据PCIe 4.0 Base Specification而设置。请参阅Base Specification（基本规范）的第7.5.1.3.6章节了解更准确的信息和流程。
  6. 对于EP Type 0头，BAR地址位于以下偏移：
    1. 0x10h – Base Address 0
    2. 0x14h – Base Address 1
    3. 0x18h – Base Address 2
    4. 0x1ch – Base Address 3
    5. 0x20h – Base Address 4
    6. 0x24h – Base Address 5
  7. 对于Bridge/Switch Type 1头，BAR地址位于以下偏移：
    1. 0x10h – Base Address 0
    2. 0x14h – Base Address 1
  8. 对于Bridge/Switch Type 1头，IO Base和IO限制寄存器都位于偏移0x1Ch。
  9. 对于Bridge/Switch Type 1头，Non-Prefetchable Memory Base和Limit寄存器都位于偏移0x20h。
  10. 对于Bridge/Switch Type 1头，Prefetchable Memory Base和Limit寄存器都位于偏移0x24h。
  11. 对于Bridge/Switch/EP Type 0 & 1头，Bus Master Enable位位于偏移0x04h (Command Register)位2。
  12. 对于Bridge/Switch/EP Type 0 & 1头，
    1. IO Space Enable位在偏移0x04h (Command Register) 位0。
    2. Memory Space Enable位在偏移0x04h (Command Register)位1。
    3. Bus Master Enable位在偏移0x04h (Command Register)位2。
    4. Parity Error Response位在偏移0x04h (Command Register)位6。
    5. SERR# Enable位在偏移0x04h (Command Register)位8。
    6. Interrupt Disable位在偏移0x04h (Command Register)位10。
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