1.概述
下图是一个PCIe总线系统示意图。此时RC发出一个TLP，经过Switch访问EP，TLP的路径为红色箭头所示。首先TLP从RC的下行OUT端口发出，Switch的上行IN端口接收到该TLP后，根据其路由信息，将其转发到Switch的下行OUT端口，随后TLP达到EP的IN端口，最后TLP到达EP设备。TLP从RC到EP的转发过程被称为TLP的路由过程。PCIe总线总共定义了三种路由方式，分别是基于地址（Address）路由、基于ID（BDF）路由和隐式（Implicit）路由。
TLP使用的路由方式和TLP的类型有关，具体如下表所示，PCIe桥就是根据这些信息转发TLP。
| TLP Type | Routing Method Used |
|---|---|
| Memory Read [Lock], Memory Write, AtomicOp | Address Routing |
| IO Read and Write | Address Routing |
| Configuration Read and Write | ID Routing |
| Message, Message With Data | Address Routing, ID Routing, or Implicit routing |
| Completion, Completion With Data | ID Routing |
2.地址路由（Address Routing）
存储器请求、原子操作、IO请求和某些消息请求使用地址路由。对于桥设备，地址路由和桥中设置的地址范围相关。对于EP设备，地址路由和BAR中保存的地址相关。根据传输方向，地址路由可以分为三种情况。第一种是RC Outbound，即RC访问其下游的桥或者EP设备，此时若访问地址在桥定义的地址范围内时，则桥会将该报文向下行口转发。第二种是RC Inbound，即EP（通常是使用DMA）访问RC，此时是下行口访问上行口，和第一种情况相反，只有访问地址不在桥定义的地址范围内时，桥才会将该报文向上行口转发。第三种是Peer-to-Peer，即EP之间相互访问，此时桥的处理方法综合第一种和第二种情况。
下图是一个PCIe总线，RC下面接了一个Switch，Switch两个下行口各接了一个EP。RC和Switch的每个Port都包含一个虚拟的PCI-toPCI（P2P）桥。该PCIe总线已枚举完成，分配的地址如下图所示。
IO地址、非预取存储器地址和预取存储器地址路由规则都一样，下面以预取存储器地址路由为例，介绍TLP的传输过程。下图包含了一个RC、一个Swtich和2个EP，Swtich有一个上行口和两个下行口。RC中的P2P0桥地址范围为0x240000000 – 0x243FFFFFF，大小为64MB。Swtich上行口P2P1桥地址范围为0x240000000 – 0x243FFFFFF，大小为64MB。Swtich下行口P2P2桥地址范围为0x240000000 – 0x241FFFFFF，大小为32MB。Swtich下行口P2P3桥地址范围为0x242000000 – 0x243FFFFFF，大小为32MB。EP0的BAR0和BAR1表示的地址范围为0x240000000 – 0x241FFFFFF，大小为32MB。EP1的BAR0和BAR1表示的地址范围为0x242000000 – 0x243FFFFFF，大小为32MB。下面将分别介绍TLP0、TLP1和TLP2的路由过程。
RC Outbound：TLP0由RC发出，访问EP0。流程如下：
- Host Bridge生成TLP0，目的地址为0x240008000，然后通过Bus0发送到RC内部的P2P0。
- P2P0解析TLP0的目的地址为0x240008000，在其0x240000000 – 0x243FFFFFF地址范围内，则会接收这个TLP，然后将TLP0转发到Swtich的上行口。
- TLP0通过Swtich的上行口到达P2P1，P2P1解析TLP0的目的地址为0x240008000，在其0x240000000 – 0x243FFFFFF地址范围内，则会将TLP0转发到Bus2上。若TLP0的目的地址不在P2P1的地址范围内时，则TLP0会被作为不支持的请求（Unsupported Request）处理，如果需要完成报文，则Swtich会发送完成状态为UR（Unsupported Request）的完成报文给RC。
- P2P2和P2P3都会收到TLP0，由于TLP0的目的地址在P2P2的地址范围内，因此P2P2会接收TLP0，然后将其转发到Bus3上，P2P3不会接收TLP0。
- EP0发现TLP0目的地址在BAR0和BAR1表示的地址范围内，则会接收该TLP0，反之则不会接收。
RC Inbound：TLP1由EP1发出，访问RC。流程如下：
- EP1生成TLP1，目的地址为0x24600C000，然后通过Bus4发送给Swtich的下行口。
- P2P3解析TLP1的目的地址为0x24600C000，不在其0x240000000 – 0x243FFFFFF地址范围内，则P2P3会接收TLP1并将其向Bus2上转发。
- 当TLP1到达Bus2时，P2P2发现TLP1的目的地址不在其地址范围内，此时不会接收TLP1，随后TLP1会被P2P1转发到Bus1。
- P2P0发现TLP1的目的地址也不在其地址范围内，则会继续向Bus0上转发，此时Host Bridge会接收这个TLP，从而完成RC的访问。
Peer-to-Peer：TLP2由EP1发出，访问EP0。流程如下：
- EP1生成TLP2，目的地址为0x240004000，然后通过Bus4发送给Swtich的下行口。
- P2P3解析TLP1的目的地址为0x240004000，不在其0x240000000 – 0x243FFFFFF地址范围内，则P2P3会接收TLP2并将其向Bus2上转发。
- 当TLP2到达Bus2时，P2P2发现TLP2的目的地址在其地址范围内，则会接收TLP2，然后将TLP2转发到Bus3上。当P2P1发现TLP2已被P2P2接收了，则不会再转发TLP2。
- EP0发现TLP2目的地址在BAR0和BAR1表示的地址范围内，则会接收该TLP2，反之则不会接收。
3.ID路由（ID Routing）
配置请求、完成报文和Vendor Defined消息报文使用ID路由。与地址路由不同，ID路由使用Bus Number、Device Number和Function Number组成的16位BDF进行寻址。
如下图所示，桥的配置空间中有三个和总线编号相关的寄存器。Primary Bus Number表示与桥相连的上游总线编号，Secondary Bus Number表示桥下游第一个总线编号，即桥下游最小的总线编号，Subordinate Bus Number表示桥下游最后一个总线编号，即桥下游最大的总线编号。这三个寄存器定义了桥的上游总线和下游总线编号范围，桥就是根据这些信息，进行ID路由。
下图是一个已经枚举完成的PCIe总线。Pri表示Primary Bus Number，Sec表示Secondary Bus Number，Sub表示Subordinate Bus Number，Device x表示Device Number，Function x表示Function Number。实质上，Device Number和Function Number已经由硬件确定。比如下图中3个Port的Swtich，上行口为Device 0，下行口从左到右依次为Device 1和Device 2，对于EP，由于只有一个设备，因此Device Number固定为0。设备有几个Function，则Function Number从0开始依次递增。
如下图所示，CPU通过RC访问Bus Number=3，Device Number=0，Function Number=0的设备。TLP通过Host Bridge被转发Bus0上，此时RC的两个下行口都会收到TLP，左边的P2P发现目的设备的总线号3在其下游总线编号1-4的范围内，因此会接收，并将其向下游总线转发，右边的P2P发现目的设备的总线号3不在其下游总线编号5-9的范围内，因此不会接收该TLP。与之类似，TLP最终会穿越左边的Swtich，到达要访问的设备。
4.隐式路由（Implicit routing）
某些消息请求使用隐式路由，如INTx中断消息、电源管理消息和错误消息等。这些消息要么直接发向RC，要么是来自RC的广播报文，要么是Local: terminate at receiver。这些报文不使用地址或ID路由，而是使用Msg或MsgD报文中的Routing(Type[2:0])字段进行路由，这种路由方式称为隐式路由。如果桥收到一条使用隐式路由的TLP时，将根据Routing(Type[2:0])字段的不同而分别处理。若是收到了一条来自RC的广播消息，则会向下游转发，若是收到了一条发向RC的消息报文，则会向上游转发，若式收到了一条Local: terminate at receiver消息报文，则会接收并终结此消息报文，不会向上游或下游转发。
参考资料
- PCIEXPRESS体系结构导读
- PCI Express technology 3.0
- PCI Express® Base Specification Revision 5.0 Version 1.0
