为了解决这一矛盾，可用RAM芯片经过特殊连接，作为程序存储器使用，使其既可以运行程序又可以修改程序，成为一个可读／写的程序存储器。图8－16可读／写程序存储器应用举例图图8－16中I芯片2764是一个只读程序存储器，用于存放监控程序。另外，还专门为可读／写程序存储器设置了一个双向开关，以便进行状态选择。......
2023-11-17
PCIExpressTLP×12.2.1DMA写使用
【摘要】：当软件启动DMA写过程后，DMA控制逻辑将组织存储器写TLP发送给RC。Capric卡使用4DW长度的TLP头，即使用64位地址编码格式。本节使用M保存TLP中使用的实际长度，其值如公式12-4所示。当M大于0x20时，Capric卡进行DMA写时需要发送多个存储器写请求TLP，而M小于或等于0x20时仅需要发送1个存储器写请求TLP。
当软件启动DMA写过程后，DMA控制逻辑将组织存储器写TLP发送给RC。PCIe总线使用Posted总线事务发送存储器写TLP。Capric卡使用4DW长度的TLP头，即使用64位地址编码格式。存储器写TLP由一个通用TLP头加上若干数据字段组成，存储器写TLP格式如图12-2所示。
图12-2 存储器写请求TLP
1.DMA写操作使用的实际长度
DMA写逻辑首先从WR_DMA_ADR寄存器中获得起始地址A（A31A30...A1A0），然后从WR_DMA_SIZE寄存器中获得传送长度L（L15L14...L1L0），并由A和L，通过计算获得本次DMA写的结束地址B（B31B30...B1B0），其值如公式12-3所示。
B=A+L-1 （12-3）
系统软件需要保证B的计算结果不会出现进位，而DMA写逻辑由公式12-3获得本次数据传送的地址范围A～B。在存储器读写TLP中，Length字段以DW为单位，因此向A～B这段数据区域进行DMA写时，Capric卡实际上需要向Head4（A）～Tail4（B）这段数据区域进行DMA写操作，同时使用TLP的First DW BE和Last DW BE字段进行对界处理。
如果一次DMA写操作向0xFFF0-0003～0xFFF0-0200这段区域传送数据时，虽然这段数据区域的长度为0x1FE字节[86]，但是由于TLP的Length字段以DW为基本单位，因此Capric卡需要向0xFFF0-0000～0xFFF0-0203这段区域进行写操作，然后通过First DW BE和Last DW BE字段屏蔽0xFFF0-0000～0xFFF0-0002和0xFFF0-0201～0xFFF0-0203这两段数据区域。
因此在L中存放的长度（A～B数据区域的长度）并不是该TLP使用的实际长度。在该TLP中使用的实际长度为Head4（A）～Tail4（B）这段数据区域的长度。本节使用M（M15M14...M1M0）保存TLP中使用的实际长度，其值如公式12-4所示。
M=（Tail4（B）-Head4（A）+1）≫2 （12-4）
使用以上公式可以较为方便地得出DMA写操作使用的实际长度，但是公式12-3和公式12-4中使用了多个32位的加法器，非常耗费FPGA的内部资源。为此本次设计使用了另外一种算法计算M的值，如公式12-5所示。
M′=（Head4（00A1A0+00L1L0+3）-Head4（00A1A0））
M=L≫2+M′≫2 （12-5）
我们可以使用公式12-5计算0xFFF0-0003～0xFFF0-0200这段区域使用的实际长度M。在这段区域中，A为0xFFF0-0003，而L=0x1FE，因此M′等于8，而M=0x7F+0x2=0x81。该结果与公式12-4计算结果相等。但是在公式12-5中，M′的计算仅使用4位加法器，其实现代价比公式12-4所耗费的资源少得多，更为重要的是计算速度也比公式12-4快得多。
在LogiCORE中，Max_Payload_Size Supported参数的最大值为512B。但是链路两端经过协商后，实际确认的Max_Payload_Size参数可能小于512B，在多数x86处理器系统中，该参数为128B，因此下文假设Max_Payload_Size参数为128B。
当M大于0x20（即数据区域的实际长度超过128B）时，Capric卡进行DMA写时需要发送多个存储器写请求TLP，而M小于或等于0x20时仅需要发送1个存储器写请求TLP。下文分别讨论这两种情况。
2.M小于或等于0x20
Capric卡向数据区域[A31A30...A1A0～B31B30...B1B0]进行DMA写操作时，如果通过公式12-5的计算发现M小于或等于0x20，DMA控制逻辑将组织1个或者2个存储器写TLP传递给LogiCORE。
如果这个TLP所传递的数据区域跨越了4KB边界，将组织2个存储器写TLP，因为PCIe总线规定被传送的数据区域不能跨越4KB边界；如果没有跨越4KB边界，Capric卡组织1个存储器写TLP。我们首先讨论这段数据区域没有跨越4KB边界的情况，此时这个存储器写TLP的各个字段如下所示。
●Fmt字段为0b10或者0b11，表示使用3DW或者4DW的TLP头，而且带有数据。在Capric中，Fmt字段为0b011。
●Type字段为0b00000，表示当前TLP为存储器写TLP。
●TC字段为0b000，表示传送类型为TC0。
●TD位为0b0，表示当前TLP不含有ECRC信息。
●EP位为0b0，表示当前TLP是正常的，没有出现完整性问题。
●Attr字段为0b00，表示当前TLP不使用Relaxed Ordering，由硬件完成Cache一致性操作。有关Cache一致性的处理见第3.3节和第12.3.6节，而Relaxed Ordering的描述见第11.4节。
●AT字段为0b00，表示不进行地址转换。
●Length字段由公式12-5计算而来，其值与M相等，单位为DW，最大值为0x20，即128B。假定在Capric卡中，Max_Payload_Size参数为128B。在x86处理器系统中，多数RC的Max_Payload_Size参数为128B。
●Address字段为A31A30...A2。Address字段为DW对界的，共由30位组成。
●当M不等于1时，Last DW BE字段与TLP报文的结束地址有关，更准确地讲，与B1和B0位有关，如下所示。
B1B0=0b11，则Last DW BE字段为0x1111。
B1B0=0b10，则Last DW BE字段为0x0111。
B1B0=0b01，则Last DW BE字段为0x0011。(www.chuimin.cn)
B1B0=0b00，则Last DW BE字段为0x0001。
●当M不等于1时，First DW BE字段与TLP报文的起始地址有关，更准确地讲，与A1和A0位有关，如下所示。
A1A0=0b00，则First DW BE字段为0x1111。
A1A0=0b01，则First DW BE字段为0x1110。
A1A0=0b10，则First DW BE字段为0x1100。
A1A0=0b11，则First DW BE字段为0x1000。
当M等于1时，Last DW BE字段必须为0b0000；First DW BE字段的计算与A1A0和B1B0相关，其中（First DW BE）A1A0～（First DW BE）B1B0字段为1，其他位为0。这两个字段的关系如表12-2所示。
表12-2 First DW BE与A1A0，B1B0之间的关系
（续）
值得注意的是，当M小于或等于0x20时，TLP所传递的报文，其数据区域依然可能会跨越4KB边界。如Capric卡向0xFFFF-0FFF～0xFFFF-1000数据区域进行DMA写时，虽然M等于0x2（实际长度只有两个字节），但是Capric卡需要使用两个存储器写请求TLP，分别向0xFFFF-0FFF～0xFFFF-00-0FFF和0xFFFF-1000～0xFFFF-1000这两段数据进行写操作。
由此可以发现，当Capric卡对A～B这段数据区域[87]进行DMA写时，首先需要判断这段区域是否跨越4 KB边界[88]。如果跨越则需要向A～Tail4096（A）和Head4096（B）～B这两段数据区域进行写操作，这两段数据区域一定都小于0x20，因此采用上文描述的方法组织TLP报文即可。
3.M大于0x20
如果M大于0x20，此时Capric卡进行一次DMA写操作时，LogiCORE需要向RC发送多个存储器写请求TLP。我们假设Capric卡需要向[A31A30...A1A0～B31B30...B1B0]这段数据区域进行DMA写操作，而且这段数据区域的M大于0x20。此时DMA写逻辑需要进行拆包操作。这个拆包操作需要遵循以下原则。
（1）TLP传递的数据区域不能跨越4KB边界。
为此Capric卡首先需要分析A～B这段是否跨越4KB边界。值得注意的是，在Capric卡中，一次DMA写的长度小于2048，因此其传递的数据区域至多会跨越一个4KB边界。此时需要向A～Tail4096（A）和Head4096（B）～B这两段数据区域进行写操作，而且这两段数据区域的M都可能大于0x20。下文采用的拆包方法可以保证在不进行4KB边界检查的情况下，保证拆分后的TLP不会跨越4KB边界。
（2）尽量减少拆分后TLP的总个数。
比如，可以将0x1000～10FF这段数据区域拆分为0x1000～107F和0x1080～0x10FF，尽量利用Max_Payload_Size参数，而不使用更多的TLP进行数据传递。
（3）拆分后的TLP尽量不跨越Cache行边界。虽然PCIe总线规范并没有规定拆分TLP的方法。但是将0x1000～10FF这段数据区域拆分为0x1000～0x107E，0x107F～0x108F和0x1090～0x10FF，从原理上讲是可行的，可是并不合理。
在Capric卡中，为了简化设计，当M大于0x20时将采用以下规则进行拆包处理。
●第一个TLP的起始地址必须为0xA31A30...A2，而其他TLP的起始地址必须为0x80字节对界。
●最后一个TLP的结束地址必须为0xB31B30...B2，而其他TLP的结束地址必须为0x80字节对界。
根据以上规则，我们可以将A31A30...A1A0～B31B30...B1B0这段数据区域划分为多个数据区域，其中每一个区域的Length字段不超过0x20，而且每段数据区域以128B对界。
A31A30...A1A0～Tail128（A）
Head128（A+128）～Tail128（A+128）
…
Head128（A+n×128）～Tail128（A+n×128）
…
Head128（B）～B31B30...B1B0
以上这些数据区域的M都小于或等于0x20，而且都不会跨越128B边界，因此也不可能跨越4KB边界。向这些数据区域传送数据时，TLP各字段的设置参见M小于或等于0x20的情况。当Capric卡将这些存储器写请求TLP发送完毕后，可以向处理器提交中断请求。
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