1.概述

PCIe总线事务层位于应用层和数据链路层之间。发送时将应用层的数据请求转换成PCIe总线事务，然后发送到数据链路层。接收时，从来自数据链路层报文中提取PCIe总线事务，并将数据提交到应用层。事务层使用TLP表示PCIe总线事务，其由头、数据（若有）和尾（可选）组成。下图展示了TLP的发送过程和接收过程。

PCIe总线事务类型和地址空间对应关系如下表所示：

Address Space	Transaction Types	Basic Usage
Memory	Read Request/Completion，Write Request，AtomicOp Request/Completion	Transfer data to/from a memory-mapped location
I/O	Read Request/Completion，Write Request/Completion	Transfer data to/from an I/O-mapped location
Configuration	Read Request/Completion，Write Request/Completion	Device Function configuration/setup
Message	Baseline（including Vendor-Defined）	From event signaling mechanism to general purpose messaging

2.TLP格式

TLP由前缀（TLP Prefixes，可选）、头（Header）、数据（Data，若有）和尾（TLP Digest，可选）组成，具体如下图所示。TLP前缀由PCIe V2.1总线规范引入，分为Local TLP Prefix和EP-EP TLP Prefix两类。用来实现PASID(Process Address Space ID) 、MR-IOV（Multi Root I/O Virtualization）、Peer-Peer及其他verndor自定义的功能。TLP头定义了事务类型、路由信息、数据长度和完成状态等信息，非常重要。TLP尾是可选的End‐to‐End CRC，用来校验整个TLP报文。

2.通用TLP头格式

TLP头定义了PCIe总线事务类型、路由、数据长度等信息。TLP头由12字节或者16字节组成，通用TLP头格式如下图所示。

下面的表描述了TLP头各个位域的的意义。

位域	意义
FMT	TLP格式，定义TLP头的长度（12字节或者16字节）和是否携带数据
Type	TLP类型，和FMT一起定义总线事务类型
TC（Traffic Class）	总共定义了TC0-TC7 8种传输类型，用来控制PCIe总线的QoS。TC0为通用的传输类型（必须支持），不保证实时性和顺序，TC1-TC7根据WRR或优先级区分。TC0和VC0对应，其他TC和VC的映射关系在VC Capability中
Attr	Attr分为两个域，分别是Byte1的Attr[2]和Byte2的Attr[1:0]。Attr[2]和Attr[1]用于设置PCIe总线顺序属性，Attr[0]用于设置Cache一致性
TH（TLP Processing Hints）	PCIe V2.1引入的一个重要功能，TH为1时表示TLP头部有TPH信息。发送端使用TPH信息通知接收端将要访问数据的类型，以便接收端合理的安排数据缓冲，降低访问延时
TD	表示TLP是否包含TLP Digest，即End‐to‐End CRC
EP（Error Poisoned）	表示TLP是否发生错误
AT（ Address Type）	对于Memory and Atomic请求，用于支持虚拟化系统地址转换。主要目的是方便多个虚拟机共享同一个PCIe设备。0x0-默认/不转换，0x1-转换请求，0x2-已转化，0x3-保留
Length	TLP报文中数据负载长度，单位为DW（4字节），Length=0表示最大1024个DW，即4KB，Length=0x3FF表示1023个DW。若长度不是DW的整数倍，需要借助DW BE字段
First DW BE（First DW Byte Enables）	表示第一个DW的有效字节
Last DW BE（Last DW Byte Enables）	表示最后一个DW的有效字节

2.1.FMT和Type

FMT和Type字段共同定义了PCIe总线事务类型，具体见下图。

注：

1. Msg和MsgD Type字段的bit[2:0]（rrr）表示路由方式，由Byte1中的bit[7]、bit[3]、bit[1]决定。
2. Local TLP Prefix的L3-L0由TYPE[3:0]决定。
3. End‐to‐End TLP Prefix的E3-E0由TYPE[3:0]决定。
4. TLP头为3DW/12字节时，若携带数据或者请求数据，则数据地址为32位。

2.2.Attr

Attr[2]和Attr[1]用于设置PCIe总线顺序属性。具体见下面的图。0x0为默认顺序，即PCI强序模式，后面的报文必须等待前面的报文传输完成。0x1为PCI-X弱序模式，允许总线对报文进行重新排序。0x2为基于ID的顺序模式。0x3为基于ID的弱序模式。

Attr[0]用于设置Cache一致性

2.3.First/Last DW BE

当数据的起始地址和结束地址没有按DW对齐时，需要使用First/Last DW BE字段。First/Last DW BE通常用于Memory、I/O和Configuration请求。First DW BE表示第一个DW的有效字节。Last DW BE表示最后一个DW的有效字节。

1. 如果数据长度在1DW之内，则First DW BE对应的位设置为1，Last DW BE全为0。如果数据长度超过1DW，Last DW BE不能全为0。
2. 如果数据长度超过1DW，则First DW BE字段至少有一个位设置为1，不能出现First DW BE全为0的情况。
3. 如果传送的数据长度大于等于3DW，则First DW BE和Last DW BE字段中不能出现不连续的置1位。
4. 如果数据长度在1DW（包括）之内，则First DW BE允许不连续的位置1，此时允许传输1DW的第1、3字节或者第0、2字节。
5. 如果数据长度在2DW（包括）之内，则First DW BE和Last DW BE字段中允许出现不连续的置1位。
6. 对于Zero-Length读请求，Length=0x1，而First DW BE和Last DW BE字段都为0，即所有字段都不使能，即读完成请求中不包含数据。Zero-Length读请求实现了读刷新，确保使用Posted请求（存储器写）的数据已完全写入目的地。
7. 对于Zero-Length写请求，Length=0x1，而First DW BE和Last DW BE字段都为0。Zero-Length写用于某些明确的协议中，如LN协议。

3.事务描述符

如下图所示，事务描述符由三部分组成，分别为TC、Attr和事务ID（Transaction ID）。TC和Attr前面描述过，这里不赘述。事务ID（Transaction ID）由Requester ID和Tag组成。

Requester ID记录了请求报文的来源，当源设备和目标设备需要交互时，则源设备将自己的Requester ID填到请求报文中发送给目标设备，目标设备根据源设备的Requester ID发送响应报文。只有TLP报文使用ID路由时，Requester ID才有真实意义。Requester ID字段描述了源PCIe设备Function的Bus Numner、Device Number和Function Number。对于Non-Posted请求（存储器读、I/O和配置读写请求，请求需要使用完成报文应答），其请求报文必须包含Requester ID，目标设备收到请求报文之后，使用完成报文进行响应，而完成报文中使用源设备的Requester ID。对于Posted请求（存储器写请求），PCIe总线规范没有明确规定是否需要Requester ID，但一般硬件都实现了该功能。与Requester ID类似的是Completer ID，只是Completer ID保存是发送完成报文PCIe设备Function的BDF。

Tag是一个标签，由源设备产生，和Requester ID一起组成Transaction ID。在一段时间内，同一个PCIe设备Function发送的Non-Posted请求，不能出现两个相同的Transaction ID，且在没有获取到完成报文之前，该Transaction ID不能释放。设计Tag字段的目的是应对报文出错或者丢失需要重传的场景。PCIe4.0版本将Tag字段扩展到10位。

参考资料

1. PCIEXPRESS体系结构导读
2. PCI Express technology 3.0
3. PCI Express® Base Specification Revision 5.0 Version 1.0