这段文字详细描述了PCI Express架构的分层模型，以及每一层的功能和职责。PCI Express通信是通过三个不同的层次来实现的：事务层（Transaction Layer）、数据链路层（Data Link Layer） 和 物理层（Physical Layer）。每一层都有不同的功能，协同工作完成数据的发送和接收。以下是对这些层的详细解释，尽量以通俗易懂的方式呈现。
1. 分层架构概述
PCI Express使用分层的方式来处理数据通信，分为三层： • 事务层（Transaction Layer）：负责生成、解析事务包（TLPs），例如读写请求等。 • 数据链路层（Data Link Layer）：作为事务层和物理层之间的中介，负责数据的完整性和错误检测。 • 物理层（Physical Layer）：处理数据的实际传输，涉及硬件信号和接口操作。 每一层的功能会把数据从上一层传递到下一层，每层都会为数据包添加相应的信息，并确保数据可以正确地从发送端到达接收端。
2. 数据包流动
在PCI Express中，数据包（packets）在各层之间流动： • 数据包在事务层和数据链路层之间形成，并携带必要的信息（如请求的读写操作、地址、数据等）。 • 当数据包通过这些层时，每一层会向数据包中添加其他必要的控制信息（如错误检测、流控制等）。 • 在接收端，数据包会逐层解码，从物理层传输到数据链路层，最终传递到事务层进行处理。
3. 事务层（Transaction Layer）
事务层是整个架构中负责处理高层事务的部分。它的主要任务是： • 生成和解析TLPs：TLP（Transaction Layer Packets）是用来表示不同类型事务的包，比如读请求、写请求等。 • 流控制：事务层通过信用机制来控制数据包的发送速率，防止接收端被淹没。 • 分拆事务：对于需要响应的请求，事务层会将请求分拆成“分裂事务”（Split Transaction），每个事务都有一个唯一标识符，确保响应包能够送回正确的请求端。 • 地址空间：事务层支持四种地址空间（内存、I/O、配置和消息空间），用于不同类型的操作和通信。 另外，事务层还支持以下功能： • 电源管理：支持软硬件发起的电源管理，确保系统在不同工作状态下节省能量。 • 虚拟通道和流量类别：通过虚拟通道和流量类别标识，可以对不同类型的数据流进行区分和优化处理，提高带宽利用率和服务质量（QoS）。
4. 数据链路层（Data Link Layer）
数据链路层是连接事务层和物理层的中介层，主要负责： • 数据完整性和错误检测：数据链路层计算并附加错误检测信息（如CRC校验），确保数据传输的准确性。 • 重传机制：如果接收到的TLP数据包出现错误，数据链路层会请求重传，直到数据正确接收。 • 链路管理：负责链路的管理和控制，比如连接状态、链路电源状态等。 此外，数据链路层还生成和处理一些链路管理的特殊包，称为数据链路层包（DLLP），这些包用于链路的维护。
5. 物理层（Physical Layer）
物理层是最底层，负责实际的物理数据传输，涉及到硬件和电气特性。物理层的任务包括： • 信号转换和传输：物理层负责将数据从数据链路层接收到的并行数据转换为串行数据，进行传输。 • 初始化和维护：物理层还负责接口的初始化、热插拔控制、宽度和频率的协商等。 • 信号编码：使用编码技术（如8b/10b编码）来确保信号的传输稳定性，并提供必要的同步功能。 物理层对于未来的技术更新（如更高的速度、编码技术或介质）提供了支持，因此在未来可能会对物理层进行优化或扩展。
6. 层之间的接口
各层之间有明确的接口，用于交换信息： • 事务层与数据链路层之间的接口：事务层将生成的TLP发送到数据链路层，数据链路层会接收这些TLP并进行适当的错误检测和处理。 • 数据链路层与物理层之间的接口：数据链路层把数据传递给物理层，物理层负责将数据转化为适合在物理介质上传输的格式，并将其发送出去。
7. 总结
PCI Express的三层架构分别承担不同的责任，协同工作以确保数据从一个设备传输到另一个设备的过程高效而可靠： • 事务层处理高层逻辑，如事务请求、数据流控制和地址分配。 • 数据链路层负责数据完整性、错误检查和重传。 • 物理层负责实际的信号传输，并支持设备的初始化和电源管理。 这种分层结构确保了PCI Express系统能够在高效、可靠的基础上进行数据传输，并提供了灵活的扩展性，以适应未来的技术需求。
