瞭解PCI Express的Posted傳輸與Non-Posted傳輸

0.寫在前面

本文首發於公眾號【兩猿社】，後續將在公眾號內持續更新~

其實算下來接觸PCIe很久了，但是由於之前換工作，一直沒有系統的學習和練手專案，現在新專案買了Synopsys的PCIe IP，總算是有機會和時間來整理學習了~~~

目前PCI Express匯流排取代PCI匯流排成為PC區域性匯流排的主流，且PCIe在很大程度上繼承了PCI的設計思想，可以說PCI是PCIe的基礎，本文所重點講解的Posted和Non-Posted傳輸也是基於PCI匯流排講解，但在PCIe匯流排中絕大部分是相同的，PCI中的HOST主橋可以看做RC，PCI橋可以看做Switch，PCI裝置即EP。

1.簡介

PCI規定了兩種資料傳輸方式，分別是Posted傳輸和Non-posted傳輸，也叫做Posted事務和Non-Posted事務。在PCIe資料傳輸中同樣也使用這兩種方式，但在PCI匯流排中，Non-Posted傳輸可以使用Delayed方式完成，而在PCIe匯流排中所有的 Non-Posted傳輸都使用Split方式完成，不再使用Delayed方式。

1.Posted傳輸

Posted匯流排事務是指PCI主裝置向目標裝置進行資料傳輸時，資料到達PCI橋後，由PCI橋接管來自上游匯流排的匯流排事務，並將其轉發到下游匯流排，此時上游匯流排可釋放。

使用這種資料傳輸方式，資料請求在通過PCI匯流排後，就可以逐級釋放匯流排資源。

下面以DMA寫操作為例，說明PCI的Posted傳輸（DMA操作即PCI裝置主動對系統儲存器進行操作）。

PCI裝置11向主儲存器寫資料：

1. 首先PC裝置11將主儲存器寫請求發向PCI匯流排x1，注意這個寫請求使用的地址是PCI匯流排域的地址。

2. PCI匯流排x1上的所有裝置監聽這個請求，因為PCI裝置11是向處理器的儲存器寫資料，所以PCI匯流排x1上的 PCI Agent都不會接收這個資料請求。

3. PCI橋x1發現當前匯流排事務使用的PCI匯流排地址不是其下游裝置使用的PCI匯流排地址，則接收這個請求，並結束來自PCI裝置11的 Posted儲存器寫請求，將這個資料請求推到上游PCI匯流排上，即PCI匯流排x0。

4. PCI匯流排x0上的所有裝置包括HOST主橋將監聽這個請求，PCI匯流排x0上的PCI裝置也不會接收這個請求，此時這個資料請求由HOST主橋x接收，並結束PCI橋x1的Posted儲存器寫請求。

5. HOST主橋x發現這個資料請求發向儲存器，則將來自PCI匯流排x0的PCI匯流排地址轉換為儲存器域地址，通過儲存器控制器將資料寫入儲存器，完成PCI裝置11的DMA寫操作（沒有完成報文）。

2.Non-Posted傳輸

Non-Posted匯流排事務是指PCI主裝置向目標裝置進行資料傳輸時，資料必須到達最終目的地後才能結束當前事務匯流排的傳輸方式。

PCI匯流排在沒有結束當前匯流排事務時必須等待傳輸完成，不會釋放匯流排資源。這種等待將嚴重阻塞當前的PCI匯流排的其他資料傳送。因此在PCI匯流排中使用Delayed方式完成Non-Posted，在PCIe匯流排中使用Split方式完成 Non-Posted匯流排事務。

PCI裝置進行DMA讀與DMA寫過程類似，不過儲存器讀匯流排事務是使用Non-Posted匯流排事務。

PCI裝置11向主儲存器讀資料：

1. 首先PCI裝置11將儲存器讀請求發向PCI匯流排x1。

2. PCI匯流排x1上的所有裝置監聽這個請求，因為PCI裝置11是從儲存器中讀取資料，所以PCI匯流排x1上的裝置不會接收這個請求。PCI橋x1發現下游PCI匯流排沒有裝置接收，則接收這個資料請求，並將它推到上游PCI匯流排上，即PCI匯流排x0上。

3. PCI匯流排x0上的裝置監聽這個請求，也不會接受這個資料請求，最後這個資料請求被HOST主橋x接收。

4. HOST主橋發現這個資料請求是發向主儲存器的，則將PCI匯流排x0的PCI匯流排地址轉為儲存器地址，之後通過控制器將資料讀出，帶著讀完成資訊轉發到HOST主橋x。

5. HOST主橋x將這個帶資料的讀完成事務經由PCI橋x1傳遞到PCI裝置11，裝置11接收到這個資料後結束DMA讀（有完成報文）。

在上述Non-Posted匯流排事務中，只有讀完成依次通過PCI匯流排x1和x0後，儲存器讀匯流排事務才不繼續佔用PCI匯流排x1和x0的資源。可以發現這種傳輸並不合理，PCI匯流排為了解決這個匯流排擁塞問題，使用Delayed傳輸方式。

3.Split傳輸方式

在PCIe匯流排中，有以下幾種傳輸：儲存器讀寫、I/O讀寫和配置讀寫請求TLP，這些TLP由以下幾類報文組成。

• 儲存器讀請求TLP和讀完成TLP

• 儲存器寫請求TLP

• 原子操作請求和完成報文

• I/O讀寫請求TLP和讀寫完成TLP

• 配置讀寫請求TLP和配置讀寫完成TLP

• 訊息報文(Messages)

以上幾種型別中，除儲存器寫請求使用Posted匯流排事務外，其餘的傳輸型別都使用Non-Posted匯流排事務，上面提到Non-Posted匯流排事務在PCI和PCIe中會轉換為Delayed事務和Split事務進行。

PCI匯流排的Delayed傳輸使用Retry的方式進行，這裡不再講解，重點對PCIe匯流排中的Split匯流排事務進行講解。

Split匯流排事務替代了PCI匯流排的Delayed資料傳輸方式，提高了Non-Posted匯流排事務的傳輸效率。Split匯流排事務是在PCI-X中提出，而PCIe也繼承了這種傳輸方式。

下面以PCI-X中的Split傳輸為例。

PCI-X在進行儲存器讀匯流排事務時，匯流排事務的發起方（Requester）使用Split匯流排事務與匯流排事務的接收端（Completer）進行資料交換，步驟如下：

1. Requester向 Completer發起儲存器讀請求匯流排事務；

2. 這個請求事務在到達 Completer之前，可能會經過多級PCI橋。這些PCI橋使用 Split response週期結束當前匯流排事務，釋放上游PC匯流排，之後繼續轉發這個儲存器讀請求，直到 Completer認領這個儲存器讀請求事務。

3. completer認領儲存器讀請求匯流排事務後，會記錄 Requester的D號，並使用 Split Response 週期結束儲存器讀請求匯流排事務。

4. Completer準備好資料後,將重新申請匯流排，並使用儲存器讀完成匯流排事務主動將資料傳送給 Requester。在這個報文中包含 Requester的號(完成報文使用的是ID路由)。

5. 這些完成報文根據ID路由方式，最終到達 Requester。 Requester從完成報文中接收資料並完成整個儲存器讀請求。

Split傳輸可以看成是將請求和完成分開，分別使用Posted方式進行的傳輸。

Posted與Non-Posted匯流排事務是PCIe的基礎，PCI Express相關知識總結會持續更新哦，有需要的關注公眾號的後續文章，我們們一起學習~~

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