PCIe 驱动流程（LTSSM）

Posted 2022-12-03 yijingjing17

        本次的工作是完成刚流片的FPGA中PCIe IP核的bring up，也就是芯片的中PCIe的第一个使用者，将PCIe IP核正常使用起来，并配合公司的EDA团队，完成PCIe IP核到用户的呈现。

        经过两个月的调试和文档阅读，对PCIe也有了初步的认识，对于PCIe的学习主要来自3个方面：

       1、 王齐老师的《PCI Express 体系结构导读》和王齐老师的博客http://blog.sina.com.cn/s/blog_6472c4cc0100qbvp.html。非常感谢王齐老师的书，对于学习PCIe协议无疑是最佳的学习资料。

      2、《PCI Express Base Specification 3.0》PCIe的标准协议。

      3、 Synopsys公司提供 PCIe ip相关的data sheet。

以下是对PCIe建立链接过程的记录，主要针对Sysnosys 的PCIe的IP，但是同时应该也有普遍的适用性：

1.1   端口身份的识别

该部分是PCIe 底层Core识别PCIe端口的过程，PCIe总线中的有3中角色：RC（root complex）、EP（end point）、switch。他们在PCIe总线中拓扑结构如下图所示：

PCIe的IP Core在上电后首要的任务就是通过外部的IO或者寄存器，识别自身在PCIe的系统中扮演的角色，不同的角色也决定其在后续的过程中不同的启动和配置流程。

作为用户，在例化这个IP核时，需要做的第一个事情就是通过接口配置PCIe的device_type。

1.2   关注时钟与复位

在使用PCIe的IP时，再需要关注的是该内核的时钟和复位过程。可能作为用户，该过程硬件已经帮你做完了，但是也最最好熟悉一下结构和流程，并确保core的内部时钟已经启动，复位已经成功。

在实际的应用过程中，测试的第一步就是将PCIe core的时钟拉到芯片外部进行测试。

1.3   Disable PCIe的LTSSM的状态机

LTSSM(Link Training and Status State Machine )是PCIe最为核心的一个状态机，PCIe总线在进行链路训练时，将使用LTSSM状态机。而在启动LTSSM之前，用户一般需要进行参数的配置，所以在Core启动后，先会将LTSSM状态机disable。

1.4   通过DBI配置参数

该部分是配置PCIe参数的部分，DBI（data bus interface）是synopsys定义的访问PCIe寄存器的接口，PCIe协议规定了两种配置空间：PCI Configuration Space和 PCIe Extend configuration Space。而往往IP的生成商，会加入一个属于自己的配置空间，synopsys添加的配置空间为：Port logic Synosys Register。

其中PCI Configuration Space中主要由：PCI configuration header、PCI Power Management Capability、PCI Express Capability 、MSI Capability、MSI-X Capability VPD Capability组成。

PCI configuration header：提供了关于Vendor ID和Device ID等信息，其中比较重要的是Base Address Register（BAR），该寄存器设计到PCIe设备的地址空间的分配。

PCI Power Management Capability：该部分是系统电源管理的寄存器，这些Capability一般都会包含一个Status寄存器、一个Control寄存器、一个Capability寄存器。其中control寄存器通常是需要用户配置的，而Capability主要是供用户访问，以知道当前部分的参数设置的情况，而status寄存器是提供用户访问，以获得当前部分（比如电源）的具体的状态。

PCI Express Capability：该结构存放了一些和PCIe总线相关的信，包括PCIe链路和插槽的信息。

MSI、MSI-X:为中断控制的capability，与Power Management capability寄存器的结构是类似的。

PCIe Extend configuration Space是PCIe设备独有的，PCI设备并不支持该结构，实际上绝大多数的PCIe设备也不支持该结构。

Port logic SynosysRegister：是synopsys公司针对自身的IP，定义的与接口相关的寄存器，该部分寄存器多与物理层相关。

在此时的测试过程中，以进行Loopback测试为例，主要需要设置的参数包括PCI configurationheader和Port logicSynosys Register。

1、  Set the PIPE Loopback Enable bit

2、  Set the Loopback Enable bit

3、  设置BAR地址分配寄存器。

1.5   启动LTSSM

app_ltssm_enable=1;LTSSM状态机的跳转如下图所示，而当状态机进入Loopback状态机后，表示PCIe工作正常。

1.6   检测LTSSM状态机

检测LTSSM状态的方式有两种：

1、  通过Port logic Synosys Register中寄存器Debug Register 0中的最低6bit查询

2、  通过cxpl_debug_info IO直接查询。

在确认LTSSM状态机进入Loopback之后，用户需要查询数据链路层的状态，通过PCI ExpressCapability register中的 Link status Register 的Data Link Layer Active位，可以确认PCIe数据链路层正常工作，用户可以进行TLP包的发送与接收。