【博文连载】PCIe扫盲——PCIe总线事务层入门（三）

PCIe总线设计之初，主要是针对于音频和视频传输等这些对时间要求特别敏感的应用的。为了保证这些特殊应用的数据包能够得到优先发送，PCIe Spec中为每一个包都分配了一个优先级，通过TLP的Header中的3位（即TC，Traffic Class）。

如下图所示：

TC值越大，表示优先级越高，对应的包也就会得到优先发送。一般来说，支持QoS（Quality of Service）的PCIe总线系统，对于每一个TC值都会有一个独立Virtual Channel（VC）与之对应。这个Virtual Channel实际上就是一个Buffer，用于缓存数据包。

注：当然也有那些只有一个VC Buffer的，此时不管包的TC值如何，都只能缓存在同一个VC Buffer中，自然也就没有办法保证按优先级传输了。这样的PCIe设备称之为不支持QoS的PCIe设备。

一个简单的QoS的例子如下图所示：

图中左下角的Endpoint（即Isochronous Traffic）的优先级比右边的Endpoint（即Ordinary Traffic）的优先级要高。因此，在Switch中，来自左边的Endpoint的包会得到优先传输。而Switch的这种判决操作叫做端口仲裁（Port Arbitration）。

默认情况下，VC Buffer中的数据包是按照包达到的时间顺序，依次放入VC Buffer中的。但是也并不是总是这样，PCIe总线继承了PCI/PCI-X总线关于Transaction-Ordering和Relaxed-Ordering的架构，但也只是针对相同的TC值才有效。关于Transaction-Ordering和Relaxed-Ordering，大家可以去参考PCI-X的Spec，这里不再详细地介绍。

对于大部分的串行传输协议而言，发送方能够有效地将数据发送至接收方的前提是，接收方有足够的接收Buffer来接收数据。在PCI总线中，发送方在发送前并不知道接收法是否有足够的Buffer来接收数据（即接收方是否就绪），因此经常需要一些Disconnects和Retries的操作，这将会严重地影响到总线的传输效率（性能）。

PCIe总线为了解决这一问题，提出了Flow Control的概念，如下图所示。PCIe总线中要求接收方必须经常（在特定时间）向发送方报告其VC Buffer的使用情况。而报告的方式是，接收方向发送方发送Flow Control的DLLP（数据链路层包），且这种DLLP的收发是由硬件层面上自动完成的，并不需要人为的干预。需要注意的是，虽然这一操作旨在数据链路层之间进行，但是这些VC Buffer的使用情况对于应用层（软件层）也是可见的。

采用Flow Control机制的PCIe总线，相对于PCI总线获得了更高的总线利用率。虽然增加了Flow Control DLLP，但是这些DLLP对带宽的占用极小，几乎对总线利用率没有什么影响。