PCIE学习----数据链路层（1）

最新推荐文章于 2025-03-18 08:32:48 发布
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分类专栏： PCIe 文章标签： 学习 网络
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本文详细描述了PCIe体系结构中数据链路层的工作原理，包括TLP的发送与接收、ACK/NAK协议的运用、ReplayBuffer确保数据可靠性和ErrorCheck功能。同时讨论了ReplayBuffer容量对系统资源和功耗的影响。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

---摘抄于PCI EXPRESS体系结构导读（侵权即删）

        （1）数据链路层主要处理端到端的数据传送。在事务层中，源设备与目标设备间的传送距离较长，设备直接可能经过若干个switch，而在数据链路层中，源设备与目标设备在一条PCle链路的两端。

        （2）数据链路层使用ACK/NAK协议发送和接收TLP，由发送部件和接收部件组成。发送部件由Replay Buffer、ACK/NAK DLLP接收逻辑和TLP发送逻辑组成；而接收部件由Error Check逻辑、ACK/NAK发送逻辑和TLP接收逻辑组成。每一个PCIe设备的数据链路层都含有发送部件和接收部件------图在书中185页，书很好。

        （3）PCIe设备进行数据传递时，首先在事务层中产生TLP，然后通过事务层将这个TLP发送给数据链路层，数据链路层将这个TLP加上Sequence前缀和LCRC后缀后，将这个TLP放入到Replay Buffer中，然后再发送到物理层。

        （4）PCIe总线的数据链路层使用Replay Buffer和Error Check部件共同保证数据传送的可靠性和完整性。来自事务层的TLP首先暂存在Replay Buffer中，然后发送到目标设备。源设备的数据链路层根据来自目标设备的ACK/NAK DLLP报文决定是否重发这些TLP,还是清除Replay Buffer中的TLP。

        （5）Replay Buffer的大小决定了事务层可以暂存在数据链路层的报文数，Replay Buffer的容量越大，在PCIe设备发送流水线中容纳的报文数越多，但容量越大占用的系统资源越多，影响功耗。

        （6）Error check单元检查接收到的TLP，如正确接收，发送ACK DLLP。没有正确接收发送NAK DLLP。

道路且长，行则将至----2024/01/22

手把手教你学pcie--核心协议分层解析（物理层/数据链路层/事务层）​
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03-11 116
PCIe协议的复杂性源于其分层架构设计。每一层都承担独特的功能，从物理信号传输到高层事务处理无缝衔接。理解这三层协议栈（Physical Layer、Data Link Layer、Transaction Layer）是开发PCIe设备、驱动或系统的必备知识。本文将以分治法逐层拆解，结合示意图与真实场景说明各层的工作原理。
21天教你学会PCIe专栏（4）--数据链路层（Data Link Layer）
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11-12 506
1.1 定义数据链路层（Data Link Layer, DLL）：PCIe数据链路层位于物理层之上，负责在相邻的PCIe设备之间传输数据帧，并确保数据的可靠性和完整性。功能数据帧传输：将数据封装成帧进行传输。错误检测和纠正：使用循环冗余校验（CRC）和重传机制，确保数据的可靠性。流量控制：管理数据传输的速率，避免拥塞和数据丢失。通过今天的学习，你应该对PCIe数据链路层的基本概念、数据帧格式、错误检测和纠正机制、流量控制以及状态机有了深入的了解。
PCIE协议-3-数据链路层规范-概述
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在任何给定的个别链路上，输入到传输数据链路层（1和3）的所有TLPs将在稍后的时间以相同的顺序出现在接收数据链路层（2和4）的输出上，如图3-1所示。未通过数据完整性检查（LCRC和序列号）的TLPs，或在从一个组件传输到另一个组件时丢失的TLPs，将由发送器重新发送。发送器存储所有发送的TLPs的副本，在需要时重新发送这些副本，并仅在从另一个组件接收到无误接收的正向确认时清除副本。使用DLLPs的机制可能会因为这种信息丢失而遭受性能损失，但它们是自修复的，以至于连续的DLLP将取代任何丢失的信息。
PCIe扫盲——PCIe总线数据链路层入门
kunkliu的博客
06-29 1704
转载地址：http://blog.chinaaet.com/justlxy/p/5100053250 前面的文章介绍过，数据链路层（Data Link Layer）主要进行链路管理（Link Management）、TLP错误检测，Flow Control和Link功耗管理。 数据链路层不仅可以转发来自事务层的包（TLP），还可以直接向另一个相邻设备的数据链路层直接发送DLLP，比如应用于Fl...
PCIe协议之数据链路层（Data Link Layer）深度解析
浩瀚之水的专栏
03-18 1057
PCIe数据链路层位于事务层与物理层之间，是确保数据可靠传输的核心层级。其核心职责包括错误检测与纠正、流量控制、链路管理以及电源状态切换。
PCIe数据链路层
xuyi056的博客
03-13 670
数据链路层为链路两个端口之间的传输，而事务层是两个设备之间的传输，中间可能经过多个条链路。
PCIe系列第六讲、PCIe的数据链路层
mabin2005的专栏
08-06 2289
本章将着重讲述TLP的数据链路层组成与操作，上一篇更新应该为第五讲，数据链路层位于事务层和物理层之间，使用容错和重传机制保证了数据传输的完整性和一致性，此外，数据链路层还需要对PCIe链路层进行监控和管理。 数据链路层的组成 数据链路层由发送和接收两部分组成，其中，数据链路层接收部件组成为： 1）、ACK/NAK DLLP发送逻辑 2）、“Error Check”逻辑 3）、TLP接收逻辑 发送部件组成： 1）、ACK/NAK接收逻辑 2）、Replay Buffer 3）、TLP发送逻辑
PCIE6.0-学习资料
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这种快速增长得益于PCIe规范对于电气特性和协议层的持续改进，特别是引入了如数据链路层改进、流量控制机制、虚拟通道技术以及提高信号完整性的一系列措施。 三、PCIe 6.0的主要技术特点 - PAM-4编码：PCIe 6.0采用...
MindShare-PCIe30-eBook
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《MindShare-PCIe30-eBook》是深入学习PCI Express技术的重要参考资料，涵盖了PCI Express 1.x、2.x和3.0三代技术的核心概念。这本书由Mike Jackson和Ravi Budruk共同撰写，旨在帮助读者理解和掌握这一复杂的技术...
pcie-3.0-总线规范
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PCIe数据链路层图文详细总结-PCIe专题知识（二）
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本文主要介绍数据链路层的相关知识，通过详细的图文解析，方便读者快速掌握。PCIe 总线的数据链路层（Data Link Layer）处于事务层和物理层之间，主要进行链路管理（Link Management）、TLP错误检测，Flow Control和Link功耗管理，负责数据链路层包（Data Link Layer Packet，DLLP）的创建，解码和校检，保证来自事务层的 TLP 在 PCIe 链路中的正确传递。
【PCIE体系结构七】数据链路层介绍
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概述PCIE数据链路层功能和状态，简单介绍DLLP
PCIE——第7章——PCIe 总线的数据链路层与物理层
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摘要：PCIE——第7章——PCIe 总线的数据链路层与物理层
PCIe扫盲——DLLP（数据链路层包）详解
zsmcdut的博客
09-04 1348
转：http://blog.chinaaet.com/justlxy/p/5100053467 首先说明一下，在本次连载的博文中，DLLP一般指的是由发送端的数据链路层发送，接收端的数据链路层接收的数据包，其和事务层（Transaction Layer）一般没有什么关系。本文将要介绍的DLLP指的正是这样的数据包，其一般用于Ack/Nak机制、功耗管理、Flow Control（流量控制）和一些厂商自定义用途等。示
PCIE协议-4-逻辑物理层-8.0 GT/s及更高数据速率编码
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当PCI Express链路以8.0 GT/s或更高的数据速率运行时，它使用本小节中描述的编码规则：128b/130b编码。为了向后兼容，链路最初在2.5 GT/s数据速率下使用8b/10b编码进行训练到L0，如第4.2.1节所述，然后当数据速率更改为8.0 GT/s或更高时，使用128b/130b编码。128b/130b编码是一种链路范围内的数据包机制和每个通道的块码以及扰乱。数据传输的基本单位是一个8位数据字符，称为符号，如图4-11和图4-12所示。
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02-02 474
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4.1 PCIe总线的基础知识
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4.1 PCIe总线的基础知识 与PCI总线不同，PCIe总线使用端到端的连接方式，在一条PCIe链路的两端只能各连接一个设备，这两个设备互为是数据发送端和数据接收端。PCIe总线除了总线链路外，还具有多个层次，发送端发送数据时将通过这些层次，而接收端接收数据时也使用这些层次。PCIe总线使用的层次结构与网络协议栈较为类似。 4.1.1 端到端的数据传递 PCIe链路使用“端
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### PCIe 数据链路层功能与协议实现详解 #### 数据链路层概述 PCIe 的数据链路层位于物理层和事务层之间，起到承上启下的作用[^4]。它主要负责确保 TLP（Transaction Layer Packet）在链路上的可靠传输，并通过一系列机制来管理数据流。 --- #### 数据链路层的主要功能 1. **TLP 封装与解封装** 数据链路层接收来自事务层的 TLP 并为其添加序列号以及校验字段（LCRC），形成完整的 DL_Packet 后发送给物理层。同样，在接收到物理层传来的 DL_Packet 后，会验证 LCRC 和序列号并将其还原为原始 TLP 提交给事务层[^2]。 2. **ACK/NAK 协议** 数据链路层实现了基于 ACK/NAK 的重传机制，用于保障数据传输的可靠性。当接收方成功接收到无误的数据包时，会返回 ACK；如果发现错误，则返回 NAK 请求重新发送该数据包。 3. **DLLP (Data Link Layer Packets) 处理** DLLP 是一种特殊类型的短消息帧，主要用于链路管理和状态更新等操作而非实际有效载荷传送。常见的 DLLP 类型包括 Flow Control Credit Return、Power Management State Change Request 等[^1]。 --- #### 发送端逻辑 ##### 总体流程 发送端将从事务层获取到的 TLP 转化成适合于链路上传输的形式——即加上必要的头部信息如 Sequence Number 及 CRC 校验位之后再交由物理层进行电气信号转换输出。 具体步骤如下： - 对每一个新的 TLP 设置初始序号； - 添加相应的 LCRC 字段完成整个 DL_Packet 构造过程； - 随后依据当前可用资源情况决定是否立即发出或者暂时存储等待后续时机尝试再次提交。 ##### 使用 ACK/NAK 协议 对于每一次成功的发送动作都需要期待对方反馈确认信息(ACK)，如果没有按时获得正面回应则认为此次通信失败进而触发自动重试机制直至最终能够得到肯定答复为止。 --- #### 接收端逻辑 ##### 处理流程 接收端的任务是对到达的数据单元执行初步检验工作以判断其合法性及完整性状况： - 检查 LCRC 是否匹配； - 核实 Sequence Number 连续性； - 如果一切正常就向源地址回执一份 ACK 报告表明已妥善接纳此份资料副本同时继续准备迎接下一个预期到来者； - 若存在问题则需及时告知发件人存在异常情形以便采取补救措施比如请求重复递交特定编号范围内的项目列表等等。 --- #### 特殊场景支持 当物理层检测不到有效的对端链接时，会通知数据链路层进入 DL Inactive 状态，这意味着此时无法与其他设备建立正常的通讯联系[^3]。这种情况下通常意味着另一侧可能根本没有安装任何硬件组件或者是由于某些原因导致未能激活相应接口电路从而造成双方失去同步关系。 --- ```python class PCIEDataLinkLayer: def __init__(self): self.sequence_number = 0 def send_tlp(self, tlp_data): """ Encapsulate and send a TLP with sequence number and LCRC """ dl_packet = { 'sequence': self.sequence_number, 'data': tlp_data, 'lcrc': calculate_lcrc(tlp_data) } self.sequence_number += 1 return physical_layer_send(dl_packet) def receive_dl_packet(self, packet): """ Process incoming DL Packet by verifying LCRC & Seq Num""" if verify_lcrc(packet['data'], packet['lcrc']) and \ check_sequence_continuity(packet['sequence']): ack_response() else: nak_response() def ack_response(): pass # Implement sending ACK logic here def nak_response(): pass # Implement sending NAK logic here ``` --- #### 结论 综上所述，PCIe 数据链路层不仅承担着基础性的数据转发职责，还引入了一系列复杂的控制策略用来增强系统的稳定性和鲁棒特性。通过对上述内容的学习可以帮助工程师们更加深刻理解 PCI Express 设计背后的智慧结晶及其背后蕴含的技术魅力。 ---
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