手把手教你学PCIE（2.1.11）--pcie基本概念：传输模式：消息传递（Message Passing）

目录

1. 什么是 PCIe 消息传递？

2. 消息传递的工作原理

3. 消息传递的类型

4. 消息传递的可靠性

5. 消息传递的示例

6. 总结

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PCI Express (PCIe) 的消息传递（Message Passing）是一种重要的传输模式，用于在 PCIe 设备之间传递控制信息和通知。消息传递机制允许设备之间进行异步通信，而不必依赖于传统的读写请求。以下是关于 PCIe 消息传递的详细介绍：

1. 什么是 PCIe 消息传递？

消息传递（Message Passing） 是 PCIe 系统中的一种通信方式，用于在设备之间传递控制信息和通知。消息传递机制允许设备之间进行异步通信，而不必依赖于传统的读写请求。通过消息传递，设备可以发送中断请求、状态变化通知等控制信息。

2. 消息传递的工作原理

消息传递机制包括以下几个步骤：

1. 消息生成：

   • 消息发起者生成消息：消息发起者（通常是设备或根复杂）生成一个消息事务层包（Message Transaction Layer Packet, Message TLP），包含控制信息和目标地址。
   • 消息类型：常见的消息类型包括中断请求（Interrupt Request）、状态变化通知（Status Change Notification）等。

2. 消息发送：

   • 事务层封装：事务层将消息封装成 Message TLP，并添加必要的头部信息，如消息类型、请求者 ID、目标地址等。
   • 数据链路层封装：数据链路层将 Message TLP 封装成数据链路层包（DLLP），并通过物理层发送到目标设备。
   • 物理层传输：物理层将 DLLP 转换为串行比特流，通过链路发送到目标设备。

3. 消息接收：

   • 物理层接收：目标设备的物理层接收串行比特流，并将其还原为 DLLP。
   • 数据链路层解析：数据链路层解析 DLLP，提取出 Message TLP。
   • 事务层解析：事务层解析 Message TLP，识别消息类型和控制信息。

4. 消息处理：

   • 执行消息操作：目标设备根据消息类型执行相应的操作，如处理中断请求、更新状态信息等。
   • 生成响应（可选）：某些消息类型可能需要生成响应消息，表示消息已被成功处理。

3. 消息传递的类型

PCIe 定义了多种消息类型，每种类型用于传递不同类型的信息。常见的消息类型包括：

1. 中断请求（Interrupt Request）：

   • 定义：用于通知根复杂或其他设备发生中断事件。
   • 类型：常见的中断请求类型包括消息信号中断（Message Signaled Interrupt, MSI）和扩展消息信号中断（MSI-X）。
   • 功能：中断请求消息允许设备异步通知根复杂或其他设备，触发中断处理程序。

2. 状态变化通知（Status Change Notification）：

   • 定义：用于通知根复杂或其他设备设备状态发生变化。
   • 类型：常见的状态变化通知类型包括链路状态变化、电源状态变化等。
   • 功能：状态变化通知消息允许设备异步通知根复杂或其他设备，更新设备状态信息。

3. 扩展消息（Extended Messages）：

   • 定义：用于传递扩展的控制信息和通知。
   • 类型：常见的扩展消息类型包括高级错误报告（Advanced Error Reporting, AER）消息、虚拟化感知消息等。
   • 功能：扩展消息允许设备传递更复杂的控制信息和通知，增强系统的功能和可靠性。

4. 消息传递的可靠性

为了确保消息传递的可靠性，PCIe 系统采用了多种机制：

1. 重试机制（Retry Mechanism）：

   • 定义：当接收方无法处理消息时，可以发送一个重试（Retry）响应，要求发送方重新发送消息。
   • 功能：重试机制可以处理暂时性的错误，确保消息最终被成功处理。

2. 否定确认（Negative Acknowledgment, NAK）：

   • 定义：当接收方无法处理消息或消息格式不正确时，可以发送一个否定确认（NAK）响应。
   • 功能：NAK 机制可以通知发送方消息失败的原因，发送方可以采取相应的措施。

3. 事务标签（Transaction Tag）：

   • 定义：事务标签是一个唯一的标识符，用于区分同一设备发出的多个消息。
   • 功能：事务标签帮助设备跟踪和管理多个并发消息，确保消息的一致性。

5. 消息传递的示例

假设我们有一个 PCIe 系统，设备 A 需要向根复杂（Root Complex, RC）发送一个中断请求。以下是消息传递的示例步骤：

1. 消息生成：

   • 设备 A 生成一个中断请求消息 TLP。
   • 设置消息类型为 MSI（Message Signaled Interrupt）。
   • 设置请求者 ID 为设备 A 的标识。
   • 设置目标地址为根复杂的中断控制器地址。

2. 消息发送：

   • 事务层将中断请求消息封装成 Message TLP。
   • 数据链路层将 Message TLP 封装成 DLLP。
   • 物理层将 DLLP 转换为串行比特流，通过链路发送到根复杂。

3. 消息接收：

   • 根复杂的物理层接收串行比特流，并将其还原为 DLLP。
   • 数据链路层解析 DLLP，提取出 Message TLP。
   • 事务层解析 Message TLP，识别消息类型和控制信息。

4. 消息处理：

   • 根复杂根据消息类型处理中断请求，触发中断处理程序。
   • 中断处理程序处理中断事件，更新系统状态。

6. 总结

PCIe 的消息传递机制是确保设备之间异步通信的重要手段。通过消息传递，设备可以发送中断请求、状态变化通知等控制信息，而不必依赖于传统的读写请求。理解消息传递的工作原理和实现机制对于开发和调试 PCIe 系统非常重要。希望这个介绍能帮助你更好地理解和使用 PCIe 消息传递