如何使用Xilinx的PCIE IP來產(chǎn)生讀寫請求

仿真與實際應(yīng)用場景的差別
通常我們都會用Modelsim、Questa等工具對工程進(jìn)行仿真驗證，在仿真的時候可能關(guān)注的點沒有那么的多，檢查到對端收到包沒有問題，一般情況下就認(rèn)為已經(jīng)完成調(diào)試，可以上板給host、birdge或者switch下的其他PCIE設(shè)備進(jìn)行發(fā)包，不過在實際應(yīng)用的過程中，如果想用FPGA作為Endpoint主動發(fā)包去讀寫其他設(shè)備，還有一個功能需要打開:Bus Master Enable,下圖1是PCIE協(xié)議對此功能的定義。

圖1

這個功能決定了Endpoint能否向遠(yuǎn)端設(shè)備發(fā)起讀寫請求，只有使能了此功能，F(xiàn)PGA作為Endpoint時,才能夠向遠(yuǎn)端設(shè)備成功發(fā)起讀寫訪問。Bus Master Enable在PCIE的配置空間命令寄存器04h中，此功能可以通過setpci指令打開。

如何使用PCIE的RQ接口來產(chǎn)生讀寫請求
在介紹如何控制端口信號產(chǎn)生讀寫請求之前，需要先介紹下描述符（如下圖2所示），描述符類似與包頭的功能，描述符的大小是128bit，這個是固定的，其內(nèi)包含了地址類型、地址、請求類型、數(shù)字?jǐn)?shù)等字段，在傳輸時第一拍先傳輸?shù)氖敲枋龇?，傳完描述符之后才會傳后面的?shù)據(jù)，使用128bit或者大于128Bit數(shù)據(jù)端口的用戶對這一點可能沒有疑問，但是使用64bit數(shù)據(jù)端口的用戶會可能會有疑問，128bit的描述符，64bit的數(shù)據(jù)端口一拍傳不完，如果使用的是64bit的端口，描述符會傳兩拍，在傳輸?shù)那皟膳亩际敲枋龇?/p>

圖2

描述符的前兩個字段是address type，這個字段比較簡單，其標(biāo)志了地址是否經(jīng)過了轉(zhuǎn)換，如果用戶要自己產(chǎn)生讀寫請求可以把此字段設(shè)置為0，address就是用戶要訪問的地址，在填寫地址之前要確認(rèn)好此地址是否可讀寫，避免讀到讀清寄存器。Dword Count表示的是描述符后跟的數(shù)據(jù)的Dword數(shù)，一般來講數(shù)據(jù)的長度都是雙字的整數(shù)倍，如果長度不是雙字的整數(shù)倍，就需要使用firstbe，或者lastbe，這兩個被放在了tuser字段，下面的篇幅會對其進(jìn)行介紹。接下來是Request Type，Request Type字段的定義如下圖3所示：

圖3

根據(jù)所發(fā)送包的類型選擇相應(yīng)數(shù)字填充data字段即可，接下來說一下Requester ID和Completer ID這兩個字段，如果用戶使用的是基于地址的方式對包進(jìn)行路由，這兩個字段的數(shù)值不需要特別關(guān)注，重點字段已介紹完，描述符其他字段的含義可參考Xilinx的PG343（Versal ACAP Integrated Block for PCI Express v1.0 LogiCORE IP Product Guide）。

本篇參考的是Xilinx的PG343，接下來會對Versal的 PCIE IP進(jìn)行介紹，以下提及的端口的data的bit數(shù)都是512bit，如果想了解其他bit位數(shù)據(jù)的接口如何使用，可以參考PG343，與512bit的數(shù)據(jù)端口區(qū)別不大。

產(chǎn)生讀寫請求所使用的接口是PCIE IP的Requester Request Interface，接口的定義如下圖4所示：

圖4

之前的篇幅中提到的描述符就在s_axis_rq_tdata中傳輸，前128bit是描述符，后面跟的是數(shù)據(jù)，類似與tlast、tkeep和tready等字段，本篇blog不再進(jìn)行贅述，可以參照AMBA總線，或者上圖的描述，下面重點介紹s_axis_rq_tuser字段，手冊上稱其為邊帶信號，部分字段的定義如下圖5所示：

圖5

首先介紹下first_be和last_be,first_be指的是數(shù)據(jù)的第一個雙字中有幾個byte是有效的，一個雙字是4byte，所示只用4bit就可以識別出一個雙字中有效的byte數(shù)，在IP界面，把straddle模式打開時，可以一拍傳輸兩個TLP，在512bit數(shù)據(jù)接口，其first_be字段的長度為8bit，前4bit表示的是第一個TLP包中的第一個雙字中有效的byte，后4個bit表示的是第二個TLP包中的第一個雙字中有效的byte。is_sop的值表明了此拍的有或者沒有以及有幾個新的TLP，is_sop表明這一拍有沒有TLP結(jié)束或者有幾個TLP結(jié)束。
No straddle模式使用注意事項
在使用no straddle模式時，在發(fā)送1DW的memory write時，雖然上圖中說的是在使用no straddle模式時，is_eop是可選的，但是在實際使用的時候，特別是有1DW的memory write或者有1DW為結(jié)尾的memory write，需要把is_eop的數(shù)值設(shè)置為1。下圖6是memory write的發(fā)包格式，在生成包時可以參考如下圖6格式：

圖6

下下面的兩張圖是發(fā)包的仿真圖，圖7為End point的Requester request接口的仿真圖，圖8為root port的Completer Request接口的仿真圖，整體的流程就是End point通過自己的Requester request接口把memory write TLP發(fā)送到root port的Completer Request接口。

先看Requester request接口所發(fā)送的包的rq_tuser字段，410000f中的f表示第一個TLP的firstbe全有效，10000表示此拍數(shù)據(jù)沒有第二個TLP且這一拍數(shù)據(jù)只有1DW，last_be全為0，10000中的1即為圖中的第四行2‘b01, //is SOP,表示這個一拍是一個TLP的開始，4為圖中的2‘01 //is eop? 2’b00sop1 ptr兩行，表示此拍數(shù)據(jù)只有一個TLP，且此TLP在此拍結(jié)束。

接下來對Requester request接口所發(fā)送的包的rq_tdata進(jìn)行說明，rq_tdata的前兩個bit表明了地址有沒有經(jīng)過轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)的地址為BE7 1CBD 975D 4000,rq_tdata中的801表示此數(shù)據(jù)位memory寫，且Dword count 為1.

圖7

接下來對RP的Completer Request接口接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡要分析，可以看到m_axis_cq_tdata與s_axis_rq_tdata的字段完全相同，m_axis_tuser中的firstbe為0F,lastbe為00，這一點與發(fā)送端的情況一致，End point此次發(fā)送的數(shù)據(jù)包被Root port成功接收。

圖8


審核編輯：湯梓紅