漫谈PCIe——如何进行内存读写

DMA与MMIO的读写操作均通过三种基本报文实现：MWr（写请求）、MRd（读请求）和CPLD（完成带数据）。

MMIO的读写机制较为简单：写操作直接发起一次MWr请求；读操作则先发起MRd请求，然后等待一个包含数据的CPLD报文作为响应。

相比之下，DMA的读写行为则复杂得多，但其原理依然可以理解。

Request

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Memory请求包在传输时需遵循以下规范

4KB 地址边界限制

Memory 读写请求不允许跨越自然的 4KB 边界。若传输的起始地址与数据长度之和超过一个 4KB 页面（即地址对齐到 0x1000 的整数倍，如 0x1000, 0x2000, 0x3000 等），则必须将该请求拆分为多个不跨越边界的独立操作。

Tag 字段位宽

默认情况下，仅使用 Tag 字段的 [4:0] 位，共支持 32 个唯一标识符。

嗅探属性建议

在大规模数据传输场景下，为提升总线效率，建议将 No Snoop 属性置为 1，即关闭硬件嗅探机制。

Complete

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Completion 包用于响应读请求（MRd），其中封装了所请求的读数据。处理 Completion 包时需关注以下要点

RCB（Read Completion Boundary）

RCB 由 Root Complex 读取各 Endpoint 配置空间中的 RCB 参数，并取其中的最小值决定。目前可选值为 64B 或 128B。例如，若 EP0 为 64B，EP1 和 EP2 为 128B，则最终 RCB 为 64B。

数据跨越 RCB 边界的分包规则

• • 若请求的数据未跨越 RCB 字节整数倍的地址边界，则必须在一个 Completion 包中返回所有数据。

• • 若请求的数据跨越了 RCB 字节整数倍的地址边界，则允许拆分为多个 Completion 包返回，并遵循：

• • 第一个包必须从请求的起始地址开始；若状态为 Successful，其结束地址应为下列之一：

• • 整个请求的结束地址（即仅一个包，也就是说可以一次性发完不需要拆）

• • 起始与结束地址之间的某个 RCB 对齐边界

• • 最后一个包（状态为 Successful）必须在整个请求的结束地址处完成

• • 中间的所有包（状态为 Successful）长度必须为 RCB 的整数倍

分包示例说明

• • 例1：起始地址 0x0000，MPS = 128B，RCB = 64B，长度 = 256B

可不拆分一次性发出

可拆分为两个 128B 的包发送。

• • 例2：起始地址 0x0010，RCB = 64B，长度 = 116B，MPS = 32B分包情况为：0x0010–0x001F → 0x0020–0x003F → 0x0040–0x005F...

在实际设计中，MPS（最大有效载荷大小）通常是RCB的整数倍且大于RCB。因此，在考虑数据分包时，我们只需关注MPS的边界约束即可。

关键字段说明

• • Length：以 DW（4字节）为单位

• • Lower Address：在某种意义上等同于 First DW BE，用于指示第一个 DW 中的有效字节数。其 8 位宽度与 RCB（最大128B）相关

• • Byte Count：以字节为单位，但值为 4 的倍数。当满足 Length × 4 = Byte Count 时，表示当前为最后一个包。示例：MPS = 128B，Addr = 0x10，Len = 240B

• • 第一包：Length = 28 DW（112B），Byte Count = 240

• • 第二包：Length = 32 DW（128B），Byte Count = 128