PCIe层次结构详解：事务、数据链路与物理层交互

PCI Express (PCIe) 是一种高速接口标准，用于连接计算机内部的各个组件，如CPU、GPU、内存等。其设计采用了分层的结构，包括事务层、数据链路层和物理层，每个层次都包含发送和接收功能模块，以确保高效、可靠的数据传输。 事务层是PCIe通信的最高抽象层，负责处理事务层包(TLPs)，这是一种包含了应用程序和设备核心信息的数据单元。TLPs在事务层形成后，被存储在发送缓冲区，待时机成熟会被逐级向下传递。数据链路层在TLP的基础上添加校验信息，如错误检测码，以确保数据的准确性和完整性。物理层则将TLP编码并利用线路资源进行实际传输，通过电或光信号形式在两个设备间交换。 在硬件实现方面，FPGA通常负责处理事务层的逻辑，即TLP的处理。TLP由帧头、数据和可选的摘要(即ECRC)组成。帧头包含头标，其长度为3或4个双字节(DW，32位)，格式和内容会根据事务类型而变化。Type字段和Fmt字段协同工作，决定了事务类型、头标长度以及是否包含数据。非发布(Non-Posted)和已发布(PosteD)是PCI总线的两种数据传输模式： - 非发布模式下，PCI主设备发送数据到目标设备时，数据在总线上的传输是同步的。只有当数据完全到达目标设备后，当前的总线事务才会结束，这有助于防止总线拥塞。 - 已发布模式则有所不同，数据到达PCI桥后，桥接器接手并转发给下游设备。这样，总线可以在数据尚未到达最终目的地时就释放资源，提高了系统性能。 PCIe层次结构的设计使得数据传输有序且高效，而FPGA作为底层硬件，通过处理事务层包来实现与PCIe标准的兼容，确保了系统的稳定性和性能。理解这些细节对于设计和优化PCIe接口的系统至关重要。