Synopsys PCIe IP架構(gòu)簡(jiǎn)介

當(dāng)前，Synopsys公司的PCIe IP在整個(gè)市場(chǎng)中占據(jù)著主導(dǎo)地位。憑借在PCIe IP領(lǐng)域超過(guò)20年的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，Synopsys為AI、HPC、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、移動(dòng)和汽車(chē)SoC提供下一代設(shè)計(jì)所需的低延遲和高性能連接，覆蓋從PCIe 1.0到7.0全版本的標(biāo)準(zhǔn)。

本文主要介紹Synopsys PCIe控制器的一些基本內(nèi)容和概念。Synopsys PCIe Application如下圖所示，主要實(shí)現(xiàn)了PCIe協(xié)議的三個(gè)層：事務(wù)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的MAC部分。

此外，它還實(shí)現(xiàn)了用于數(shù)據(jù)包傳輸?shù)腜CIe事務(wù)層的依賴于應(yīng)用程序的功能，該功能位于應(yīng)用程序邏輯和PCIe協(xié)議層之間。

一個(gè)完整的PCIe port解決方案包括控制器、模擬PHY、以及application邏輯。模擬PHY通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)PIPE接口與物理層的MAC相連。

PCIe IP架構(gòu)介紹

PCIe IP的總體架構(gòu)框圖如下，主要包括CXPL、RADM、XADM、CDM四個(gè)模塊。

Common Express Port Logic（CXPL）模塊：實(shí)現(xiàn)PCIe物理層、鏈路層和事務(wù)層的基本功能。該模塊實(shí)現(xiàn)了大部分事務(wù)層邏輯、所有數(shù)據(jù)鏈路層邏輯和物理層的MAC部分，包括鏈路訓(xùn)練和狀態(tài)狀態(tài)機(jī)（LTSSM）。CXPL通過(guò)PIPE與外部PHY連接。
Transmit Application- Dependent Module（XADM）模塊：實(shí)現(xiàn)PCIe 事務(wù)層用于數(shù)據(jù)包傳輸?shù)膽?yīng)用功能。其功能包括：

TLP仲裁TLP形成流量控制credit檢查

Receive Application- Dependent Module（RADM）模塊：實(shí)現(xiàn)用于數(shù)據(jù)包接收的PCIe事務(wù)層的應(yīng)用功能。其功能包括：

• 對(duì)接收到的TLP進(jìn)行排序/過(guò)濾。過(guò)濾規(guī)則和路由是可配置的。對(duì)接收到的TLP進(jìn)行緩沖和排隊(duì)。接收到的TLP到控制器接收接口的路由。

RADM維護(hù)一個(gè)接收完成查找表（LUT），用于完成跟蹤和完成超時(shí)監(jiān)控TX未提交的請(qǐng)求。當(dāng)預(yù)期的RX完成沒(méi)有在超時(shí)時(shí)間內(nèi)到達(dá)時(shí)，它表示一個(gè)超時(shí)。

Configuration- Dependent Module（CDM）模塊：其功能包括：

標(biāo)準(zhǔn)PCIe配置空間控制器特定的寄存器空間（端口邏輯寄存器）

帶有AXI Bridge模塊的PCIe控制器的詳細(xì)框圖如下：

AXI Bridge模塊：實(shí)現(xiàn)PCIe控制器native接口與AXI接口的轉(zhuǎn)換。

Transmit Application Interface Module (XAIM)模塊：該模塊與應(yīng)用程序接口，用于數(shù)據(jù)包傳輸。該模塊形成PCIe TLP頭，并可選地實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換功能。

電源管理控制器（Power Management Controller，PMC）：實(shí)現(xiàn)控制器電源管理功能。LBC（Local Bus Controller）：為本地CPU（通過(guò)DBI）提供了一種訪問(wèn)內(nèi)部寄存器（在CDM中）的機(jī)制。數(shù)據(jù)總線接口（Data Bus Interface，DBI）：?DBI模塊為本地CPU訪問(wèn)內(nèi)部寄存器（在CDM中）提供了一種機(jī)制。消息生成模塊（MSG_GEN）：用于傳輸控制器產(chǎn)生的消息。熱插拔控制模塊（HOTPLUG）：實(shí)現(xiàn)對(duì)熱插拔事件產(chǎn)生中斷的邏輯。CXS控制器：用于CML （Coherent Multichip Links）。XALI?: Transmit Interfaces。VMI?: Vendor Message Interface。SII?: System Information Interface。

PCIe控制器的初始化流程：

1、application設(shè)置app_ltssm_enable為0來(lái)disable link training。

2、在鏈路訓(xùn)練之前，application可通過(guò)DBI接口配置控制器的寄存器。

3、application設(shè)置app_ltssm_enable為1，控制器開(kāi)始進(jìn)行鏈路訓(xùn)練。

4、確認(rèn)鏈路建立完成。

5、RC開(kāi)始枚舉Downstream Device

讀取Downstream device的配置空間；

配置device的capabilities；

配置switch port的base和limit寄存器，以反映device enumerated downstream的BAR的范圍；

配置endpoint的BAR。

6、Host軟件使能BME（Bus Manager Enable）、MSE（Memory Space Enable）、ISE（I/O Space Enable）。

7、開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。