CCIX傳輸層詳解

4.CCIX傳輸層

開篇中提過，CCIX可以看作兩個主要規(guī)范，分別是CCIX協(xié)議規(guī)范和CCIX傳輸規(guī)范。

CCIX 協(xié)議規(guī)范包含CCIX 協(xié)議層和CCIX鏈接層。這些層規(guī)定緩存一致性協(xié)議、報文發(fā)送、流控和CCIX 傳輸部分的協(xié)議。這正是第三章中的內(nèi)容。

CCIX 傳輸規(guī)范包含CCIX 和PCIe事務層，PCIe 數(shù)據(jù)鏈路層，和CCIX 物理層。這些層負責器件間的物理連接，包括速率和帶寬協(xié)商，傳輸包錯誤檢測和重試，和初始包編碼協(xié)議。這是第四章的主要內(nèi)容。

開始學習這章之前，再來復習一下CCIX的分層架構(gòu)。

從圖中可以看出，在CCIX傳輸規(guī)范中，除了添加了CCIX事務層，作為對PCIe事務層的擴展或者替換，而其它各層均遵循復用PCIe標準。按慣例，我們重點看看CCIX事務層，其它部分略過。

4.1 介紹

CCIX規(guī)范中使用數(shù)據(jù)包在CCIX鏈路層（CCIX Link Layer）和CCIX事務層（CCIX Transaction Layer）之間傳遞信息。

CCIX傳輸層（Transport Layer）分為兩個部分：一個處理出站（Outbound）信息，另一個處理入站（Inbound）信息。

CCIX使用數(shù)據(jù)包在CCIX鏈路層和CCIX事務層之間傳遞信息。在發(fā)送端，當傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包在事務層（Transaction Layer）、數(shù)據(jù)鏈路層（Link Layer）和物理層（Physical Layer）中向下游流動時，它們被擴展，需要加上在這些層處理數(shù)據(jù)包所需的附加信息。在接收端，發(fā)生相反的過程，包從其物理層傳輸?shù)綌?shù)據(jù)鏈路層，最后轉(zhuǎn)換為可由接收設(shè)備的事務層處理的形式。

這也是分層架構(gòu)的基本理念，每一層各司其職，只負責處理本層的任務。在傳輸端，各層把上一層的數(shù)據(jù)做為本層的負載，加上本層所需的信息，傳輸給下一層；在接收端，各層把本層所需要的信息剝離出來，并進行處理，然后把其余的數(shù)據(jù)傳輸給上一層。通過分層架構(gòu)，可以很好的對規(guī)范進行劃分，從而簡化設(shè)計。

4.1.1 CCIX事務層

CCIX規(guī)范定義了自己的事務層，替換了PCIe的事務層，或者說CCIX事務層是一個簡化的PCIe事務層，其中僅支持以下的事務層數(shù)據(jù)包（Transaction Layer Packets，后面簡稱TLPs）：

優(yōu)化的TLP

PCIe兼容的TLP

CCIX事務層的主要職責是組裝和拆分TLP。

在接收路徑上，CCIX事務層在將TLP轉(zhuǎn)發(fā)到CCIX鏈路層之前，檢查TLP的完整性。

對于PCIe兼容的TLP，PCIe基本規(guī)范中規(guī)定的PCIe事務層檢查適用。

對于優(yōu)化的TLP，指定了一組新的CCIX事務層檢查。

CCIX事務層還負責用基于信用的流量控制方式去管理CCIX TLP。在接收路徑上，為通過數(shù)據(jù)完整性檢查，并轉(zhuǎn)發(fā)到協(xié)議層的CCIX TLP返回已發(fā)布的流控制信用。在發(fā)送路徑上，實現(xiàn)了一個信用門（credit gate），以基于可用的發(fā)布信用控制CCIX TLP的流量。

4.1.2 PCIe事務層

CCIX規(guī)范不修改PCIe事務層。

4.1.3 PCIe數(shù)據(jù)鏈路層

CCIX規(guī)范不修改PCIe數(shù)據(jù)鏈路層，而是按原樣使用它。PCIe數(shù)據(jù)鏈路層充當PCIe和CCIX事務以及CCIX物理層之間的中間層。數(shù)據(jù)鏈路層的主要職責包括鏈路管理和數(shù)據(jù)完整性，包括錯誤檢測和錯誤糾正。

4.1.4 CCIX物理層

CCIX物理層以特定于實現(xiàn)的格式與PCIe數(shù)據(jù)鏈路層交換數(shù)據(jù)包信息。該層負責將從PCIe數(shù)據(jù)鏈路層接收的數(shù)據(jù)包信息轉(zhuǎn)換為適當?shù)男蛄谢袷?，并以與連接到鏈路另一側(cè)的設(shè)備兼容的數(shù)據(jù)速率和PCIe寬度在CCIX鏈路上傳輸。

CCIX物理層定義了兩種物理層類型。CCIX組件只需要支持其中一種：

PCIe PHY：這種PHY類型符合PCIe基本規(guī)范

擴展數(shù)據(jù)速率（Extended Data Rate，EDR）：這種PHY類型支持PCIe基本規(guī)范的所有要求，具有16.0 GT/s的能力，并將支持的數(shù)據(jù)速率擴展到20.0 GT/s和25.0 GT/s。

4.2 事務層

4.2.1 CCIX事務層架構(gòu)

CCIX事務層中至少要有一個PCIe虛擬通道（Virtual Channel，VC），也就是VC0，用來交換PCIe TLP。

CCIX事務層還應該有一個CCIX虛擬通道（CCIX VC），用來交換CCIX TLP，但不能是VC0。

4.2.2 事務層協(xié)議 – 數(shù)據(jù)包定義

CCIX事務層必須支持PCIe兼容的TLP，可以選擇支持優(yōu)化的TLP。

PCIe兼容TLP的格式如下：

消息路由字段必須設(shè)置為010b–按ID路由。

所有CCIX TLP的供應商ID字段等于CCID。

PCIe兼容TLP的總長度大于4 DW。因此，TLP Fmt字段為011b。Length[9:0]是供應商定義消息的負載中DW總數(shù)

上圖TLP頭中DW3和數(shù)據(jù)負載格式在第三章中定義

優(yōu)化的TLP格式，且須遵循的規(guī)則：

優(yōu)化的TLP要求是4-byte對齊，且4-byte增量

優(yōu)化的TLP由1 DW TLP頭部分和最多可包含127 DW的TLP有效載荷部分組成。

字節(jié)0的第7位始終為0b

Type[0]字段指示CCIX硬件規(guī)范版本，目前只有1.0版本

TC [2:0]字段，Traffic Class，流量分類

Length[6:0]是負載包含的DW數(shù)目

CCIX允許在一個TLP中打包兩個或多個協(xié)議消息，從而使協(xié)議消息傳輸?shù)拈_銷最小化。只有當所有協(xié)議消息都具有公共CCIX鏈路時，才支持打包協(xié)議消息。對于CCIX事務層來說，打包的消息看起來仍然像一個帶負載的TLP。多協(xié)議消息的信息在CCIX鏈路層內(nèi)編碼/解碼，對事務層透明。

所有CCIX設(shè)備都需要支持CCIXVC的PCIe兼容TLP格式。只有當鏈路兩端都支持優(yōu)化TLP格式功能時，才可以在CCIX VC上交換優(yōu)化的TLP。

在PCIe設(shè)備發(fā)現(xiàn)（discovery）過程中，可以通過讀取DVSEC寄存器來判斷是否支持CCIX。

4.2.3 CCIX虛擬通道

在正常工作條件下，CCIX VC將僅發(fā)送和接收CCIX TLP。CCIX VC為CCIXTLP實現(xiàn)了一個先進先出（FIFO）隊列。CCIX VC應當規(guī)定一個posted流量控制信用值。這樣，設(shè)計時FIFO隊列的大小就可以確定了。

CCIX VC還應當規(guī)定一個non-posted流量控制信用值。CCIX VC上一般預計不會有non-posted TLPs，但是一旦接收到這些TLP，就需要一些資源處理他們。

插播一段，Non-posted（非轉(zhuǎn)發(fā)）事務和Posted（轉(zhuǎn)發(fā)）事務都是PCIe TLP（事務層包）類型。Non-posted事務分為兩個部分，首先是發(fā)送端向接收端發(fā)送TLP請求，接收端接收到請求完成后向發(fā)送端發(fā)送完成TLP。Non-posted事務必須等待接收到完成TLP，PCIe總線才能結(jié)束當前的TLP。PostedTLP不需要完成TLP返回，此種方式中，TLP還沒達到最終目的地之前，PCIe總線就可以結(jié)束當前的事務。

4.2.4 接收到的TLP的處理

CCIX事務層接收到的TLP處理流程如下圖：

從數(shù)據(jù)鏈路層接收到TLP后，先通過TC[2:0]判斷是分發(fā)給PCIe虛擬通道還是CCIX虛擬通道。

補充一點，TC 是數(shù)據(jù)包的頭內(nèi)的一個3-bit的字段。用來將流量分成8種(TC0-TC7)不同的類別，本地應用軟件和系統(tǒng)軟件根據(jù)性能要求確定某個TLP使用什么樣的TC標志。虛擬通道是物理緩沖區(qū)，它通過使用發(fā)送和接收虛擬信道緩沖區(qū)，提供一種在鏈路上實現(xiàn)多個獨立數(shù)據(jù)流的方法。PCIe設(shè)備可以實現(xiàn)最多8個VC緩沖區(qū)(VC0-VC7)。并且必須要實現(xiàn) VC0，即最通用的服務類別。設(shè)備或交換器需要實現(xiàn)TC/VC映射邏輯，通過該邏輯形成對應關(guān)系，把給定的TC號的TLP使用特定的VC號的緩沖區(qū)通過鏈路發(fā)送出去。多個TC可以對應一個VC，因而可以使用有限數(shù)目的VC緩沖區(qū)來降低設(shè)備成本。系統(tǒng)軟件通過配置寄存器設(shè)置 TC/VC 的映射。應用軟件確定TLP的TC標志以及設(shè)置滿足性能要求的TC/VC的映射關(guān)系。最簡單的情況可以將 TC/VC 映射寄存器設(shè)置為TC到VC的一對一關(guān)系。

CCIX事務層的行為由寄存器TransactionLayerControl（這個寄存器在第六章DVSEC中描述）的比特位OptimizedTLPGenerationReceptionRoutingEnable來控制。如果這個比特位被設(shè)定（set），發(fā)送方以優(yōu)化的TLP格式生成CCIXTLP，傳輸路徑中的交換機和接收方接受優(yōu)化的TLP，所有接收方都將拒絕PCIe兼容的TLP。如果這個比特位被清除（clear），發(fā)送方以PCIe兼容TLP格式生成CCIX TLP，傳輸路徑中的交換機和接收方接受PCIe兼容TLP，所有接收方都將拒絕優(yōu)化的TLP。

4.2.5 事務排序規(guī)則

CCIX事務層應遵循PCIe基本規(guī)范中對事務排序的所有要求。在正常工作條件下，CCIX VC將僅發(fā)送和接收PCIe兼容的TLP或優(yōu)化的TLP。

4.2.6 虛擬通道機制

CCIX事務層應遵循PCIe基本規(guī)范中對虛擬通道機制的所有要求。VC機制不區(qū)分PCIe VC和CCIXVC。后面有時間再分析PCIe的VC機制。

4.2.7 事務層流量控制

CCIX事務層應遵循PCIe基本規(guī)范中對流量控制的所有要求，除去那些僅適用于CCIX VC行為的異常。

4.2.8 數(shù)據(jù)完整性

CCIX事務層應遵循PCIe基本規(guī)范中對數(shù)據(jù)中毒（Data Poisoning）機制的所有要求。優(yōu)化的TLP格式不支持PCIe數(shù)據(jù)中毒機制。

CCIX事務層應遵循PCIe基本規(guī)范中關(guān)于基于端到端CRC（End-to-End CRC）的數(shù)據(jù)完整性機制的所有要求。優(yōu)化的TLP格式不支持ECRC機制。

4.2.9 完成超時機制

CCIX事務層應遵循PCIe基本規(guī)范中對完成超時（Completion Timeout）機制的所有要求。

4.2.10 鏈接狀態(tài)依賴

CCIX事務層應遵循PCIe基本規(guī)范中對鏈接狀態(tài)依賴（Link Status Dependencies）機制的所有要求。

4.3 CCIX數(shù)據(jù)鏈路層

是不是叫PCIe數(shù)據(jù)鏈路層更為合適？

4.4 CCIX物理層邏輯塊

4.4.1 介紹

物理層分為邏輯子塊和電氣子塊。CCIX傳輸規(guī)范擴展了PCIe基本規(guī)范中規(guī)定的邏輯和電氣子塊。

4.4.2 CCIX邏輯子模塊

CCIX物理層支持16.0 GT/s，20.0 GT/s和25.0 GT/s的傳輸速率。

支持擴展數(shù)據(jù)速率的CCIX設(shè)備可以通過控制ESMControl.ESMEnable比特位（從0變成1），來進入擴展速率模式（Extended Speed Mode，ESM）。

4.4.3 重定時器

關(guān)于PCIe Retimer，隨著PCIe協(xié)議的不斷升級，頻率越來越高，對數(shù)據(jù)在線路中的傳輸長度提出了強烈挑戰(zhàn)。為了解決這一問題，PCIe協(xié)議在4.0版本種提出了Retimer。Retimer實際上是一種協(xié)議感知設(shè)備，能更好地將信號傳輸?shù)礁h。

總結(jié)：CCIX 傳輸規(guī)范包含CCIX事務層和PCIe 事務層，PCIe 數(shù)據(jù)鏈路層，和CCIX 物理層。這些層負責器件間的物理連接，包括速率和帶寬協(xié)商，傳輸包錯誤檢測和重試，和初始包編碼協(xié)議。除去CCIX事務層，其它層均遵循PCIe標準。