PCIe扫盲——Flow Control基础（一）

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

Flow Control即流量控制，这一概念起源于网络通信中。PCIe总线采用Flow Control的目的是，保证发送端的PCIe设备永远不会发送接收端的PCIe设备不能接收的TLP（事务层包）。也就是说，发送端在发送前可以通过Flow Control机制知道接收端能否接收即将发送的TLP。

在PCI总线中，并没有Flow Control这样的机制，因此发送端并不知道当前时刻，接收端能否接收对应的TLP。因此，发送端只能先尝试发送，期间可能会被插入多个等待周期（接收设备尚未就绪等原因），甚至是重发（Retries）等。

PCIe Spec规定，PCIe设备的每一个端口（Ports）都必须支持Flow Control机制，在发送TLP之前，Flow Control必须先检查接收端口是否有足够的Buffer空间来接收这个TLP。当PCIe设备支持多个VC（Virtual Channel）时，Flow Control机制可以显著地提高总线的传输效率。

PCIe Spec规定，每个PCIe端口最多支持8个VC，并且每个VC的Flow Control Buffer是完全独立的。也就是说，某一个VC的Flow Control Buffer满了，并不会影响其他的VC的通信。

注：一般Endpoint只有一个端口，Root有一个或者多个端口，Switch有一个Upstream端口和多个Downstream端口。

前面的文章中介绍过，Flow Control机制是通过相邻两个端口（Ports）的数据链路层之间发送DLLP（Flow Control DLLPs）来实现的。也就是说Flow Control是一种点到点（Point to Point）的方式，而非端到端（End to End）。在进行初始化的时候，接收端需要向发送端报告（reports）其Buffer的大小，在正常运行状态（Run-time）时，会周期性地通过Flow Control DLLPs来告知发送端，接收端的各个Buffer的大小。

需要注意的是，虽然Flow Control DLLP只在相邻的数据链路层之间传输，但是相关的Buffer和计数器（FC Counter）确是在事务层（Transaction Layer）的，即事务层参与了Flow Control机制的管理。如下图所示：

前面的文章中多次介绍过，TLP一共有三大类：Posted Transactions（包括Memory Writes和Messages）、Non-Posted Transactions（包括Memory Reads、Configuration Reads and Writes、IO Reads and Writes）以及Completions（包括Read and Write Completion）。并且知道，TLP可以分为两个部分，Header和Data部分。Flow Control为了获得更高的数据传输效率，将这三类TLP分开存放，同时将Header与Data部分也分开存放。因此，一共存在六种不同的Flow Control Buffer类型，如下图所示：

Flow Control Buffer的存储单元（Unit）被称作Flow Control Credits。对于Header来说，Requests TLP每个unit等于5DW，而Completions TLP每个unit等于4DW。对于Data来说，每个unit等于4DW，即Data Buffer是按照16个字节对齐的。对于各种类型的Buffer的最小值如下表所示：

最大值如下表所示：

注：0 unit表示无限（Infinite）。

注：原文最早发表于本人的ChinaAET博客（http://blog.chinaaet.com/justlxy/）