PCIe 4.0规范详解:新一代高速接口标准

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"PCI Express Base Specification Revision 4.0 Version 0.7 是PCI Express (PCIe) 技术的一个重要版本,发布于2016年2月。该规格书详细定义了PCIe 4.0协议,是PCIe接口标准的升级,主要提升了数据传输速率和系统性能。" PCI Express (PCIe) 是一种高速接口标准,用于连接计算机系统中的外部设备,如显卡、网卡、硬盘等。自2002年的1.0版本以来,PCIe规范不断进化,以满足不断提升的带宽需求。 PCIe 4.0是PCIe技术的一个重大里程碑,它将数据传输速率翻倍,达到了每通道(lane)16 GT/s(吉比特每秒),相当于每个通道双向传输可以达到32 Gbps(吉比特每秒)。这相比PCIe 3.0的8 GT/s有了显著提升,提供了更高的带宽,从而能更好地支持高性能的硬件设备,例如高分辨率显卡和高速固态硬盘。 在PCIe 4.0版本中,还有以下几个关键特性与改进: 1. **错误报告和纠正**:随着速度的提高,错误检测和纠正变得更加重要。PCIe 4.0包含了各种错误报告和纠正机制,如内部错误报告、多播错误处理、原子操作等,以确保数据传输的可靠性和系统的稳定性。 2. **可调整大小的BAR(Base Address Register)**:BAR能力的增强允许系统动态调整设备的内存映射区域大小,提高了资源利用率。 3. **动态电源分配**:为了节能,PCIe 4.0引入了动态电源管理功能,允许设备根据工作负载需求动态调整功耗。 4. **基于ID的排序**:这一特性优化了数据包的处理,确保了不同优先级的数据包能够按照正确的顺序发送。 5. **延迟容忍报告**:延迟容忍报告允许设备报告其对延迟的容忍程度,帮助系统更好地管理延迟敏感的应用。 6. **替代路由ID解释(ARI)**:ARI扩展了PCIe的地址空间,允许更灵活的拓扑结构和设备配置。 7. **其他增强**:还包括扩展标签启用默认、TLP处理提示、TLP前缀等,这些都进一步提高了协议效率和兼容性。 这些改进不仅提升了PCIe 4.0的性能,还增强了系统的灵活性和适应性,使得PCIe 4.0成为数据中心、服务器和高端桌面系统中的首选接口标准。随着技术的发展,PCIe 5.0和6.0等更高版本也相继推出,持续推动着高速互连技术的边界。
2019-09-17 上传
1. INTRODUCTION............................................................................................................... 46 1.1. A THIRD GENERATION I/O INTERCONNECT ................................................................... 46 1.2. PCI EXPRESS LINK......................................................................................................... 49 1.3. PCI EXPRESS FABRIC TOPOLOGY .................................................................................. 50 1.3.1. Root Complex........................................................................................................ 50 1.3.2. Endpoints .............................................................................................................. 51 1.3.3. Switch .................................................................................................................... 54 1.3.4. Root Complex Event Collector .............................................................................. 55 1.3.5. PCI Express to PCI/PCI-X Bridge........................................................................ 55 1.4. PCI EXPRESS FABRIC TOPOLOGY CONFIGURATION ....................................................... 55 1.5. PCI EXPRESS LAYERING OVERVIEW.............................................................................. 56 1.5.1. Transaction Layer ................................................................................................. 57 1.5.2. Data Link Layer .................................................................................................... 57 1.5.3. Physical Layer ...................................................................................................... 58 1.5.4. Layer Functions and Services............................................................................... 58 TRANSACTION LAYER SPECIFICATION ................................................................. 62 2.1. TRANSACTION LAYER OVERVIEW.................................................................................. 62 2.1.1. Address Spaces, Transaction Types, and Usage................................................... 63 2.1.2. Packet Format Overview ...................................................................................... 65 2.2. TRANSACTION LAYER PROTOCOL - PACKET DEFINITION............................................... 67 2.2.1. Common Packet Header Fields ............................................................................ 67 2.2.2. TLPs with Data Payloads - Rules ......................................................................... 70 2.2.3. TLP Digest Rules .................................................................................................. 74 2.2.4. Routing and Addressing Rules .............................................................................. 74 2.2.5. First/Last DW Byte Enables Rules........................................................................ 78 2.2.6. Transaction Descriptor ......................................................................................... 81 2.2.7. Memory, I/O, and Configuration Request Rules................................................... 87 2.2.8. Message Request Rules ......................................................................................... 94 2.2.9. Completion Rules ................................................................................................ 115 2.2.10. TLP Prefix Rules ................................................................................................. 118 2.3. HANDLING OF RECEIVED TLPS.................................................................................... 123 2.3.1. Request Handling Rules...................................................................................... 126 2.3.2. Completion Handling Rules................................................................................ 138 2.4. TRANSACTION ORDERING ............................................................................................ 142 2.4.1. Transaction Ordering Rules ............................................................................... 142 ......