AMBA-CHI协议详解（二）

《AMBA 5 CHI Architecture Specification》

文章目录

• • 2.1 Channels综述
  • 2.2 Channel域段
  • • 2.2.1 request fields
    • 2.2.2 Response fields
    • 2.2.3 Snoop request fields
    • 2.2.4 Data fields
    • 2.3 事务结构
    • • 2.3.1 Read transactions
      • • 2.3.1.1 Allocating Read
        • 2.3.1.2 Non-allocating Read

          ---

          2.1 Channels综述

            本节使用通道的简写命名来描述事务结构。表2-1显示了Request节点或Subordinate节点组件上存在的简写名称和物理信道名称。

            节点之间的通信是基于通道的。表2-1显示了Request节点和Subordinate节点处的信道命名和信道指定。

          图解：

          2.2 Channel域段

          2.2.1 request fields

          Field	Description
          QoS	Quality of Service priority，为事务指定16个可能的优先级之一，QoS的升序表示更高的优先级。
          TgtID	Target ID，数据包所要到达的组件上端口的目标节点ID。
          SrcID	Source ID，发送数据包的组件上端口的源节点ID。
          TxnID	Transaction ID，每个源节点发起的事务有唯一的事务ID。当每笔响应回到请求节点时可以根据TxnID找到该笔响应对应的请求。
          ReturnNID	Return Node ID，Data响应、Persist响应或TagMatch响应的接收方节点ID。 例如：节点A发送请求到节点B，正常情况下响应是从节点B到节点A，但是通过配置Return Node ID可以让响应从节点B返回到节点C（可以通过DMT事务了解）。
          StashNID	Stash Node ID，Stash目标的节点ID。通过stash事务可以将数据送到被配置为Stash Node ID的对等RNF。 例如：系统预测到RNF1需要一笔数据，RNF0发起一个stash事务，Stash Node ID配置为RNF1的节点ID，该笔事务就可一笔送到RNF1。
          SLCRepHint	System Level Cache Replacement Hint，将cache replacement hints从请求节点转发送到互联中的Cache。
          StashNIDValid	Stash Node ID Valid，指示StashNID字段具有有效的Stash目标值。
          Endian	Endianness，指示Atomic事务的数据包中数据的字节序
          Deep	Deep persistence，指示在将所有早期Write写入最终目标之前，不得发送Persist响应。
          Return TxnID	Return Transaction ID，唯一的事务ID，用于响应可以找到对应的请求，和ReturnNID一起使用。
          StashLPIDValid	Stash Logical Processor ID Valid，指示StashLPID字段值必须被视为Stash目标。
          StashLPID	Stash Logical Processor ID，Stash目标上的逻辑处理器的ID。 StashNID下细分了StashLPID，如果一个Cluster有多个处理器，StashNID指向Cluster，StashLPID指向具体的处理器。
          Opcode	请求操作码，指定事务类型，并且是确定事务结构的主要字段。
          Size	Data size，指定与事务相关联的数据的大小。这决定了事务中数据包的数量。
          Addr	Address，读取和写入请求所访问的内存位置的地址。
          NS	Non-secure，结合NSE建立一个物理地址空间（PAS）的访问。
          NSE	Non-secure Extension，结合NSE建立一个物理地址空间（PAS）的访问。
          LikelyShared	为下游cache提供分配提示。
          AllowRetry	确定是否允许目标提供“Retry”响应。
          Order	Order requirement，确定此请求相对于来自同一agent的其他请求的排序要求。 例如：一个核发起读和写需要保证顺序，否则会影响结果。
          PCrdType	Protocol Credit Type，指示已取消断言AllowRetry字段的请求所使用的协议信用的类型。
          MemAttr	Memory attribute，确定与事务关联的内存属性。 例如：可以访问Normal Memory也可以访问Device Memory
          SnpAttr	Snoop attribute，指定与事务关联的Snoop属性。 0：Non-snoopable 1：Snoopable
          DoDWT	Do Direct Write Transfer，支持直接写入数据传输（DWT）和组合写入（ Combined Writes）的处理。
          LPID	Logical Processor ID，与SrcID字段一起使用，以唯一标识生成请求的逻辑处理器。 SrcID下细分了LPID，如果一个Cluster有多个处理器，SrcID指向Cluster，LPID指向具体的处理器。
          PGroupID	Persistence Group ID，指示应用请求的CleanSharedPersistSep事务集。
          StashGroupID	指示StashOnceSep请求的事务集。
          TagGroupID	TagGroupID，通常应包含异常级别、TTBR值和CPU标识符
          Excl	Exclusive access，指示相应的事务是独占访问事务。
          SnoopMe	指示Home必须确定是否在Atomic事务期间向请求程序发送Snoop。
          CAH	Copy At Home，在CopyBack请求中，向Home指示Requester是否修改了cache line或MTE标记，因为Home指示它保留了行的副本。
          ExpCompAck	Expect CompAck，指示事务将包括一条完成确认消息。 该bit置位，指示RA收到来自下游的响应会向下游会发送CompAck相应。
          TagOp	Tag Operation，表示要对相应DAT通道中的tag执行的操作。
          TraceTag	为系统的调试、追踪和性能测量（ debug、trace、performance measurement）提供额外支持。
          MPAM	Memory System Performance Resource Partitioning and Monitoring，有效地利用用户之间的内存资源，并监控其使用情况。
          PBHA	Page-Based Hardware Attributes，来自硬件控制的translation tables的4位。
          RSVDC	自定义

          2.2.2 Response fields

          Field	Description
          QoS	Quality of Service priority，为事务指定16个可能的优先级之一，QoS的升序表示更高的优先级。
          TgtID	Target ID，数据包所要到达的组件上端口的目标节点ID。
          SrcID	Source ID，发送数据包的组件上端口的源节点ID。
          TxnID	Transaction ID，每个源节点发起的事务有唯一的事务ID。当每笔响应回到请求节点时可以根据TxnID找到该笔响应对应的请求。
          Opcode	请求操作码，指定事务类型，并且是确定事务结构的主要字段。
          RespErr	Response Error status，响应错误状态。
          Resp	Response status，响应状态。
          FwdState	Forward State
          DataPull	指示在数据响应中包含隐含的读取请求。
          CBusy	Completer Busy，指示Completer的当前活动级别
          DBID	Data Buffer ID，用作该消息的响应中的TxnID。
          PGroupID	Persistence Group ID，指示应用请求的CleanSharedPersistSep事务集。
          StashGroupID	指示StashOnceSep请求的事务集。
          TagGroupID	TagGroupID，通常应包含异常级别、TTBR值和CPU标识符
          PCrdType	Protocol Credit Type，指示已取消断言AllowRetry字段的请求所使用的协议信用的类型。
          TagOp	Tag Operation，表示要对相应DAT通道中的tag执行的操作。
          TraceTag	为系统的调试、追踪和性能测量（ debug、trace、performance measurement）提供额外支持。

          ——Note-数字硬鉴——————

          CHI-F没有定义Snoop请求的TgtID

          ——————————————

          2.2.3 Snoop request fields

          Field	Description
          QoS	Quality of Service priority，为事务指定16个可能的优先级之一，QoS的升序表示更高的优先级。
          SrcID	Source ID，发送数据包的组件上端口的源节点ID。
          TxnID	Transaction ID，每个源节点发起的事务有唯一的事务ID。当每笔响应回到请求节点时可以根据TxnID找到该笔响应对应的请求。
          FwdNID	Forward Node ID，通过Snp可以将数据转发到配置为FwdNID的对等RNF。
          FwdTxnID	Forward Transaction ID，事务ID。
          StashLPIDValid	Stash Logical Processor ID Valid，指示StashLPID字段值必须被视为Stash目标。
          StashLPID	Stash Logical Processor ID，Stash目标上的逻辑处理器的ID。 StashNID下细分了StashLPID，如果一个Cluster有多个处理器，StashNID指向Cluster，StashLPID指向具体的处理器。
          Opcode	请求操作码，指定事务类型，并且是确定事务结构的主要字段。
          VMIDExt	Virtual Machine ID Extension。用于DVM事务。
          Addr	Address，Snoop请求访问的内存位置的地址。
          NS	Non-secure，结合NSE建立一个物理地址空间（PAS）的访问。
          NSE	Non-secure Extension，结合NSE建立一个物理地址空间（PAS）的访问。
          DoNotGoToSD	Do Not Go To SD state，控制Snoopee使用SD状态。
          RetToSrc	Return to Source，指示snoop的接收节点返回带有snoop响应的数据
          TraceTag	为系统的调试、追踪和性能测量（ debug、trace、performance measurement）提供额外支持。
          MPAM	Memory System Performance Resource Partitioning and Monitoring，有效地利用用户之间的内存资源，并监控其使用情况。

          2.2.4 Data fields

          Field	Description
          QoS	Quality of Service priority，为事务指定16个可能的优先级之一，QoS的升序表示更高的优先级。
          TgtID	Target ID，数据包所要到达的组件上端口的目标节点ID。
          SrcID	Source ID，发送数据包的组件上端口的源节点ID。
          TxnID	Transaction ID，每个源节点发起的事务有唯一的事务ID。当每笔响应回到请求节点时可以根据TxnID找到该笔响应对应的请求。
          HomeNID	Home Node ID，要从Requester发送的CompAck响应的目标的节点ID。
          Opcode	请求操作码，指定事务类型，并且是确定事务结构的主要字段。
          RespErr	Response Error status，指示与数据传输相关联的错误状态。
          Resp	Resp，指示与数据传输关联的Cache line的状态。
          FwdState	Forward State，指示与从Snoop的receiver到Requester的数据传输相关联的Cache line状态
          DataPull	指示在数据响应中包含隐含的读取请求。
          DataSource	该值指示读取数据响应中的数据源。
          CBusy	CBusy，指示Completer的当前活动级别
          DBID	Data Buffer ID，用作该消息的响应中的TxnID。
          CCID	Critical Chunk Identifier，复制原始事务请求的地址偏移量。
          DataID	Data Identifier，提供数据包中数据的地址偏移量。
          TagOp	Tag Operation，表示要对相应DAT通道中的tag执行的操作。
          Tag	Memory Tag，提供一组4bit tags，每bit标记与对齐的16字节数据相关联。
          TU	Tag Update，指示必须更新哪些Allocation Tags
          TraceTag	为系统的调试、追踪和性能测量（ debug、trace、performance measurement）提供额外支持。
          CAH	Copy At Home，在CopyBack请求中，向Home指示Requester是否修改了cache line或MTE标记，因为Home指示它保留了行的副本。
          RSVDC	自定义
          BE	Byte Enable，对于数据写入，或响应于Snoop而提供的数据，指示哪些字节是有效的。
          Data	Data payload.
          DataCheck	检测DAT数据包中的数据错误。
          Poison	指示一组数据字节以前已损坏。

          2.3 事务结构

            本节介绍事务可以完成的方式。它显示了参与事务的各个组件可以使用的所有允许选项。

             除PCrdReturn和PrefetchTgt外，所有事务类型都可以在事务开始时具有Retry序列。

             从Home到Subordinate的一些事务支持使用单独的ReturnNID和ReturnTxnID字段，这允许将某些响应返回给原始Requester，而不是Home。

          ———Note-数字硬鉴————

          本节中的某些消息被描述为“Optional”。这意味着特定message是否包括在事务流中取决于事务的特性，通常是请求中的字段或opcode。

          ——————————————

          名词解释：

          Issues：

            仅用于事务中的第一条message，例如“请求者发出WriteNoSnp请求”。

          Sends：

            由agent向远离Requester的方向发送的消息。

          Sends a downstream：

            由中间agent向远离Requester的方向上中继的消息，例如“Home向下级发送下游Read请求”。

          Returns：

            由agent向Requester发送的消息。

          Provides：

            agent为响应Snoop而发送的消息，例如“…提供Snoop响应”。

          Permitted, but not required ：

            这种行动既不鼓励也不抛弃，在任何一种情况下都是可以的。

          Not permitted ：

            所描述的操作将导致不符合规范。例如，“不允许在发送…之前等待…”。

          2.3.1 Read transactions

          读事务分为以下几类:

          • Allocating Read
          • Non-allocating Read

            ---

            2.3.1.1 Allocating Read

            Allocating Read事务的顺序如下:

            ● 事务从Requester向Home发出一个 Allocating Read请求开始。

              初始请求是下列请求之一：

              — ReadClean

              — ReadNotSharedDirty

              — ReadShared

              — ReadUnique

              — ReadPreferUnique

              — MakeReadUnique

            ● 选项1-6显示了Home处理事务的不同方式:

            1：组合响应来自Home

              Home向Requester返回一个组合的响应和读取的数据，CompData。

            通常，当Home可以同时返回数据和响应时，会使用此选项。例如数据在本地Cache。

            2：分离的数据和响应来自Home

              Home返回一个单独的响应（RespSepData）和读取数据（DataSepResp）给Requester。

            3：组合响应来自SN

              ● Home节点向SN节点发送一个读请求ReadNoSnp。

              ● 可选地，当Home节点需要ReadReceipt响应时（Order != 00时），SN返回ReadReceipt响应。

              ● SN返回一个组合的响应和读数据CompData。

              通常Home节点使用此选项来减少Message数量或者降低设计的复杂性。（SN直接向RA返回了数据）

            4：响应来自Home，数据来自SN

              ● Home向Requester返回一个单独的响应，RespSepData

              ● Home向SN发送一个ReadNoSnpSep

              ● SN向Home返回一个ReadReceipt

              ● SN返回DataSepResp给RN（Requester Node）。

              通常，当Home可以快速返回响应，但它没有可用的数据并且需要SN返回数据时，会使用此选项。

            ——Note-数字硬鉴————

              在许多情况下，RN接收到的RespSepData比接收到的DataSepResp要早得多。RN被允许(但不是必须)在接收到RespSepData后发送CompAck响应，而不需要等待DataSepResp。来自RN的快速响应，以及可能同时接收到的ReadReceipt，使得Home能够比使用来自SN的组合响应更快地完成事务。

            ————————————

            5：Forwarding snoop

              ● Home请求Snoopee将读取的数据(通过Snp*Fwd)转发给RN。通常，当数据没有在本地缓存并且它确定Snoopee可能有副本时，Home使用此选项。

              ● Alt 5a： 响应返回至Home

                Snoopee返回一个组合响应CompData至RN，返回一个SnpRespFwded至HN。通常，当Snoopee可以将数据转发给RN而不需要向Home提供数据副本时，使用此选项。

              ● Alt 5b： 数据返回至Home

                Snoopee返回一个组合响应CompData至RN，返回一个SnpRespDataFwded至HN。通常，当Snoopee可以将数据转发给RN，但它也必须向Home提供数据副本时，它会使用此选项。例如，当Snoopee持有缓存行的脏副本，但返回给RN的数据必须是干净的时，就会发生这种情况。当Home请求数据副本时也可能发生这种情况。

              ● Alt 5c： 失败，必须使用alternative

                Snoopee向Home提供一个snoop响应，SnpResp。Home必须使用本节中描述的另一种备选方案来完成与RN的事务。（上述1-4）

              ● Alt 5d： 失败，必须使用alternative

                Snoopee向Home提供一个带有数据SnpRespData或SnpRespDataPtl的snoop响应。Home必须使用本节中描述的另一种备选方案来完成与RN的事务。（上述1-4）

            6：MakeReadUnique only

              Home向RN返回一个完成响应Comp。

            此选项仅适用于不需要读取数据消息时的MakeReadUnique事务。

            当请求者向Home发送完成确认(CompAck)时，事务结束。CompAck必须在收到CompData或RespSepData后才发送。允许(但不是必须)在发送CompAck之前等待dataseprep。

            ---

            2.3.1.2 Non-allocating Read

            Non-allocating Read transactions顺序如下：

            ● 事务从RN向Home发出读请求开始。

            Non-allocating Read transactions有：

            — ReadNoSnp

            — ReadOnce

            — ReadOnceCleanInvalid

            — ReadOnceMakeInvalid

            请求包含以下影响事务流的字段:

            —Order

            —ExpCompAck

            1.组合响应来自于Home

            ● 可选地，当原始请求具有保序要求时（Order!=0），Home将读取收据ReadReceipt返回给请求者。

            ● Home向RN返回一个组合响应CompData。

            
            
            

            2.分离的数据和响应来自于Home

            Home返回一个单独的响应(RespSepData)和读取数据(DataSepResp)给RN。

            如果请求具有Order需求（Order!=0）并且不需要CompAck，则不能使用此替代方法。

            
            
            

            3.组合响应来自于SN

            ● 可选地，当RN具有保序需求（Order!=-00）时，Home将ReadReceipt返回给RN。

            ● Home节点向SN发送一个下行读请求ReadNoSnp。

            ● 可选地，当Home请求ReadReceipt响应时（有Order要求），SN将ReadReceipt返回给Home。当不需要CompAck时，Home必须这样做。允许(但不是必需的)Home在返回ReadReceipt给Requester之前等待从SN的ReadReceipt。

            ● SN向RN返回一个组合响应CompData。

            如果请求具有保序需求并且不需要CompAck，则不能使用此替代方法

            
            
            

            4.响应来自于Home，数据来自于SN

            ● Home向RN返回一个单独的响应RespSepData，并向SN发送一个readnosnp请求。

            ● 可选地，当Home请求ReadReceipt响应时（有保序要求），SN将向Home返回一个ReadReceipt。Home必须请求一个ReadReceipt，除非原始请求表明对order和CompAck都有要求。

            允许(但不是必需的)Home在向请求者返回RespSepData之前等待从从属的ReadReceipt

            ● SN将读取的数据(DataSepResp)返回给RN。

            如果请求具有保序需求并且不需要CompAck，则不能使用此替代方法

            
            
            

            5.Forwarding snoop

            ● 可选地，当原始请求具有order需求时，Home将ReadReceipt返回给RN。

            ● Home请求Snoopee将读取的数据(通过Snp*Fwd)转发给请求者RN。

            ● 备选方案5a-5d显示了Snoopee如何处理事务:

              Alt 5a 响应返回至Home

                ● Snoopee向RN提供一个组合响应(CompData)。

                ● Snoopee向Home提供一个snoop响应SnpRespFwded。

              Alt 5b 数据返回至Home

                ● Snoopee向请求者提供一个组合响应(CompData)。

                ● Snoopee向Home提供带有SnpRespDataFwded数据的Snoop响应。

              Alt 5c 失败，必须使用备选方案

                ● Snoopee向Home提供一个snoop响应，SnpResp。

                ● Home必须使用本节中描述的另一种替代方案来完成与RN的事务。

              Alt 5d 失败，必须使用备选方案

                ● Snoopee向Home提供一个带有数据SnpRespData或SnpRespDataPtl的snoop响应。

                ● Home必须使用本节中描述的另一种替代方案来完成与RN的事务。

            ● 如果原始请求断言了ExpCompAck，则RN必须在以下内容之后提供一个CompAck响应:

            — 至少收到一个CompData报文。

            — RespSepData，如果请求没有Order需求。在本例中，允许但不要求等待dataseprep。

            — RespSepData和至少一个DataSepResp包，如果请求有Order需求。

            如果原始请求有Order需求，则允许(但不是必需)RN在发送CompAck之前等待ReadReceipt。

            下表列出来自请求节点的ReadNoSnp和ReadOnce*允许的DMT和DCT事务。

            Order [1:0]	ExpCompAck	DMT	DCT	Notes
            00	0	Y	Y	Home不需要在事务完成时收到通知。 对于DMT, Home必须从SN获得ReadReceipt，以确保对SN的请求不被给予RetryAck响应。
            00	1	Y	Y	当不使用DMT时，不需要通知Home事务完成。 对于DMT，为了确保从HN到SN的请求不被给予RetryAck响应: ●当对SN使用ReadNoSnp时，Home必须从SN获得ReadReceipt，或者等待来自请求节点的CompAck响应 ●当对SN使用readnosnp时，Home必须从SN获得一个ReadReceipt。
            01	-	-	-	不允许
            10/11	0	N	Y	对于DCT, Home使用SnpRespFwded或SnpRespDataFwded Snoop响应来确定事务的完成情况。
            10/11	1	Y	Y	对于DMT, Home使用CompAck响应来确定事务是否完成。 对于DCT, Home使用SnpRespFwd或SnpRespDataFwded Snoop响应来确定事务的完成情况。

            对于部分（partial）ReadNoSnp或ReadOnce*事务，即大小小于64B的事务:

            ● Home不能使用DCT流

            ● 如果使用DMT流将数据直接从SN转发到RN，则HN必须使用partial ReadNoSnp请求到SN。

            ● 如果Home不请求DMT流，它可以使用完整Cache line或partial Cache line ReadNoSnp。

            Home必须只向RN返回所请求的数据大小。