PCI Express*向け F タイル Avalon® ストリーミングのインテル® FPGA IPユーザーガイド

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ID 683140
日付 12/17/2021
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. 頭字語 2. はじめに 3. IPアーキテクチャーと機能の説明 4. 高度な機能 5. インターフェイス 6. パラメーター 7. テストベンチ 8. トラブルシューティング/デバッグ 9. Fタイル Avalon ストリーミング・インテル FPGA IP for PCI Expressユーザーガイドのアーカイブ 10. Fタイル Avalon ストリーミング インテル FPGA IP forPCI Expressユーザーガイドの改訂履歴 A. コンフィグレーション・スペース・レジスター B. エンドポイントモードでのアドレス変換サービス（ATS）の実装 C. TLPバイパスモードでユーザー・アプリケーションに転送されるパケット D. ルートポートの列挙
2. はじめに x
2.1. このボードについて 2.2. 特性 2.3. リリース情報 2.4. サポートされるデバイスファミリー 2.5. リソース利用率りそーすりようりつ 2.6. IPコアとデザイン例のサポートレベル
3. IPアーキテクチャーと機能の説明 x
3.1. アーキテクチャー 3.2. 機能の説明 3.3. Avalon-ST TXインターフェイス 3.4. 割り込み 3.5. 完了タイムアウト 3.6. ホットプラグ 3.7. パワー・マネジメント 3.8. コンフィグレーション出力インターフェイス（COI） 3.9. コンフィグレーション・インターセプト・インターフェイス（EPのみ） 3.10. ハードIPリコンフィグレーション・インターフェイス 3.11. PHYリコンフィグレーション・インターフェイス 3.12. ページ・リクエスト・サービス（PRS）（EPのみ）
3.1. アーキテクチャー x
3.1.1. クロック 3.1.2. refclk 3.1.3. リセット
3.2. 機能の説明 x
3.2.1. PMA/PCS 3.2.2. データリンク層 3.2.3. トランザクション層
3.3. Avalon-ST TXインターフェイス x
3.3.1. TLPヘッダーおよびデータ情報 3.3.2. Avalon-ST 3.3.3. Avalon-ST 3.3.4. タグの割り当て 3.3.5. バッファー・サイズの拡張
3.3.2. Avalon-ST x
3.3.2.1. RX フロー制御
3.3.3. Avalon-ST x
3.3.3.1. TXフロー制御
3.4. 割り込み x
3.4.1. レガシー割り込み 3.4.2. MSI 3.4.3. MSI-X
3.10. ハードIPリコンフィグレーション・インターフェイス x
3.10.1. レジスター・アクセスの設定
3.10.1. レジスター・アクセスの設定 x
3.10.1.1. ダイレクトユーザーAvalon-MMインターフェイス（バイトアクセス） 3.10.1.2. デバッグ・レジスター・インターフェイス・アクセス（Dwordアクセス）
4. 高度な機能 x
4.1. 仮想化サポート 4.2. （VCOバイパスモード） 4.3. Precision Time Measurement (PTM) 4.4. スケーラブルなIOV
4.1. 仮想化サポート x
4.1.1. Single-Root I/O Virtualization (SR-IOV) 4.1.2. VirtIO
4.1.1. Single-Root I/O Virtualization (SR-IOV) x
4.1.1.1. SR-IOVの実装ｎ
4.1.1.1. SR-IOVの実装ｎ x
4.1.1.1.1. Functional Level Reset (FLR)
4.1.2. VirtIO x
4.1.2.1. VirtIOの実装 4.1.2.2. VirtIOレジスター
4.2. （VCOバイパスモード） x
4.2.1. TLPバイパスモードの設定を登録する 4.2.2. TLPバイパスモードでのAvalon-MMの使用 4.2.3. MII送信インターフェイス 4.2.4. MII受信インターフェイス 4.2.5. コンフィグレーションTLP 4.2.6. 不正な形式のTLP 4.2.7. ECRC
4.2.1. TLPバイパスモードの設定を登録する x
4.2.1.1. ベース・アドレス：0x14194 4.2.1.2. ベース・アドレス：0x14190
5. インターフェイス x
5.1. このボードについて 5.2. クロックとリセット 5.3. シリアル・データ・インターフェイス 5.4. Avalon-ST インターフェイス 5.5. 割り込みインターフェイス 5.6. ハードIPステータス・ｓインターフェイス 5.7. エラー・インターフェイス 5.8. 10ビットのタグ・サポート・インターフェイス 5.9. コンプリーション・タイムアウト・エラー 5.10. パワー・マネジメント・インターフェイス 5.11. ホット・プラグ・インターフェイス（RPのみ） 5.12. ペイロード出力インターフェイス 5.13. コンフィグレーションインターセプトインターフェイス（EPのみ） 5.14. ハードIPリコンフィグレーション・インターフェイス 5.15. PHYリコンフィグレーション・インターフェイス 5.16. ページ・リクエスト・サービス（PRS）インターフェイス（EPのみ） 5.17. FLRインターフェイス信号 5.18. PTMインターフェイス信号 5.19. VFエラー・フラグ・インターフェイス信号 5.20. VirtIO PCIコンフィグレーション・アクセス・インターフェイス信号
5.4. Avalon-ST インターフェイス x
5.4.1. Avalon-ST RXインターフェイス信号 5.4.2. Avalon-ST TXインターフェイス信号
5.5. 割り込みインターフェイス x
5.5.1. レガシー割り込みインターフェイス信号 5.5.2. MSI保留ビット・インターフェイス信号
6. パラメーター x
6.1. デバッグ・レベルの設定 6.2. Clock Control IPコアのパラメーター
6.2. Clock Control IPコアのパラメーター x
6.2.1. Avalonのパラメーター 6.2.2. Base Address Register 6.2.3. PCI ExpressおよびPCIケイパビリティーのパラメーター 6.2.4. デバイス識別レジスター 6.2.5. コンフィグレーション、デバッグおよび拡張オプション
6.2.3. PCI ExpressおよびPCIケイパビリティーのパラメーター x
6.2.3.1. Device Capabilities 6.2.3.2. Link Capabilities 6.2.3.3. Legacy Interrupt Pin Register 6.2.3.4. MSI Capabilities 6.2.3.5. MSI-X Capabilities 6.2.3.6. Slot Capabilities 6.2.3.7. Latency Tolerance Reporting（LTR） 6.2.3.8. Process Address Space ID（PASID） 6.2.3.9. Device Serial Number Capability 6.2.3.10. Page Request Service (PRS) 6.2.3.11. Access Control Service (ACS) Capabilities 6.2.3.12. パワー・マネジメン 6.2.3.13. Vendor Specific Extended Capability (VSEC) 6.2.3.14. Precision Time Measurement (PTM) 6.2.3.15. Address Translation Services (ATS) 6.2.3.16. TLP Processing Hints (TPH) 6.2.3.17. VirtIOパラメーター
7. テストベンチ x
7.1. プログラミング・ファイルの生成 7.2. エンドポイント・テストベンチ 7.3. Avalon-MMテスト・ドライバー・モジュール 7.4. ルートポートBFM 7.5. BFMプロシージャーおよびファンクション
7.4. ルートポートBFM x
7.4.1. BFMメモリーマップ 7.4.2. コンフィグレーション・スペース・バスおよびデバイスの番号付け 7.4.3. ルートポートおよびエンドポイントのコンフィグレーション 7.4.4. アプリケーション層への読み出しおよび書き込みトランザクションの発行
7.5. BFMプロシージャーおよびファンクション x
7.5.1. ebfm_barwrプロシージャー 7.5.2. ebfm_barwr_immプロシージャー 7.5.3. ebfm_barrd_waitプロシージャー 7.5.4. ebfm_barrd_nowtプロシージャー 7.5.5. ebfm_cfgwr_imm_waitプロシージャー 7.5.6. ebfm_cfgwr_imm_nowtプロシージャー 7.5.7. ebfm_cfgrd_waitプロシージャー 7.5.8. ebfm_cfgrd_nowtプロシージャー 7.5.9. BFMコンフィグレーション・プロシージャー 7.5.10. BFM共有メモリー・アクセス・プロシージャー 7.5.11. BFMログおよびメッセージ・プロシージャー 7.5.12. Verilog HDL Formattingファンクション
7.5.9. BFMコンフィグレーション・プロシージャー x
7.5.9.1. ebfm_cfg_rp_epプロシージャー 7.5.9.2. ebfm_cfg_decode_barプロシージャー
7.5.10. BFM共有メモリー・アクセス・プロシージャー x
7.5.10.1. 共有メモリー定数 7.5.10.2. shmem_writeタスク 7.5.10.3. shmem_readファンクション 7.5.10.4. shmem_display Verilog HDLファンクション 7.5.10.5. shmem_fillプロシージャー 7.5.10.6. shmem_chk_okファンクション
7.5.11. BFMログおよびメッセージ・プロシージャー x
7.5.11.1. ebfm_display Verilog HDLファンクション 7.5.11.2. ebfm_log_stop_sim Verilog HDLファンクション 7.5.11.3. ebfm_log_set_suppressed_msg_maskタスク 7.5.11.4. ebfm_log_set_stop_on_msg_mask Verilog HDLタスク 7.5.11.5. ebfm_log_open Verilog HDLファンクション 7.5.11.6. ebfm_log_close Verilog HDLファンクション
7.5.12. Verilog HDL Formattingファンクション x
7.5.12.1. himage1 7.5.12.2. himage2 7.5.12.3. himage4 7.5.12.4. himage8 7.5.12.5. himage16 7.5.12.6. dimage1 7.5.12.7. dimage2 7.5.12.8. dimage3 7.5.12.9. dimage4 7.5.12.10. dimage5 7.5.12.11. dimage6 7.5.12.12. dimage7
8. トラブルシューティング/デバッグ x
8.1. ハードウェア 8.2. デバッグ・ツールキット
8.1. ハードウェア x
8.1.1. リンク・トレーニングの問題のデバッグ 8.1.2. データ転送とパフォーマンスの問題のデバッグ
8.1.1. リンク・トレーニングの問題のデバッグ x
8.1.1.1. 一般的なツールとユーティリティ 8.1.1.2. SignalTapIIロジック・アナライザ 8.1.1.3. システム・デバッグ・ツール
8.1.1.3. システム・デバッグ・ツール x
8.1.1.3.1. ハードIPリコンフィグレーション・インターフェイスの使用 8.1.1.3.2. LCRCおよびECRCエラーカウントを有効にして読み出します
8.1.2. データ転送とパフォーマンスの問題のデバッグ x
8.1.2.1. Advanced Error Reporting Capability 8.1.2.2. 第2レベルのデバッグツール
8.2. デバッグ・ツールキット x
8.2.1. このボードについて 8.2.2. Fタイルのデバッグ・ツールキットの有効化 8.2.3. Fタイルのデバッグ・ツールキットの起動 8.2.4. Fタイルのデバッグ・ツールキットの使用 8.2.5. Fタイル・リンク・インスペクターの使用
8.2.4. Fタイルのデバッグ・ツールキットの使用 x
8.2.4.1. メインビュー 8.2.4.2. ツールキットパラメーター 8.2.4.3. チャネル・パラメーター 8.2.4.4. アイビューア
8.2.4.2. ツールキットパラメーター x
8.2.4.2.1. Fタイル情報 8.2.4.2.2. イベントカウンター 8.2.4.2.3. P0、P1コンフィギュレーション・デバイス
8.2.4.3. チャネル・パラメーター x
8.2.4.3.1. 一般的なPHY 8.2.4.3.2. TXパス 8.2.4.3.3. RXパス
A. コンフィグレーション・スペース・レジスター x
A.1. コンフィグレーション・スペース・レジスター A.2. コンフィグレーション・スペース・レジスターのアドレスマップ A.3. インテル定義のVSEC機能レジスター
A.1. コンフィグレーション・スペース・レジスター x
A.1.1. レジスターアクセスの定義 A.1.2. PCIe Configuration Informationレジスター A.1.3. PCI Express機能構造 A.1.4. Physical Layer 16.0 GT/s Extended Capability Structure A.1.5. MSI-X Capabilities
A.2. コンフィグレーション・スペース・レジスターのアドレスマップ x
A.2.1. SR-IOV Virtualization Extended Capabilities Registers Address Map A.2.2. 各仮想機能のPCIeコンフィグレーション・レジスター
A.2.2. 各仮想機能のPCIeコンフィグレーション・レジスター x
A.2.2.1. Alternative Routing ID (ARI) Capability Structure A.2.2.2. TLP Processing Hint (TPH) Capability Structure A.2.2.3. Address Translation Services (ATS) Capability Structure A.2.2.4. Address Translation Services (ACS) Capability Structure
A.2.2.1. Alternative Routing ID (ARI) Capability Structure x
A.2.2.1.1. ARI Enhanced Capability Header Register (Offset 0x0) A.2.2.1.2. ARI機能および制御レジスター（オフセット0x4）
A.2.2.2. TLP Processing Hint (TPH) Capability Structure x
A.2.2.2.1. TPH Requester Enhanced Capability Header (Offset 0x0) A.2.2.2.2. TPH Requester Capability Register (Offset 0x4) A.2.2.2.3. TPH Requester Control Register (Offset 0x8)
A.2.2.3. Address Translation Services (ATS) Capability Structure x
A.2.2.3.1. ATS Enhanced Capability Header (Offset 0x0) A.2.2.3.2. ATS Capability Register and ATS Control Register (Offset 0x4)
A.2.2.4. Address Translation Services (ACS) Capability Structure x
A.2.2.4.1. ACS Extended Capability Header (Offset 0x0) A.2.2.4.2. ACS Capability Register (Offset 0x4) A.2.2.4.3. ACS制御レジスター（オフセット0x6） A.2.2.4.4. 出力制御ベクトル（オフセット0x8）
A.3. インテル定義のVSEC機能レジスター x
A.3.1. Intel定義のVSEC機能ヘッダー（オフセット00h） A.3.2. インテル定義のベンダー固有のヘッダー（オフセット04h） A.3.3. インテルマーカー（オフセット08h） A.3.4. JTAGシリコンID（オフセット0x0C-0x18） A.3.5. ユーザー設定可能なデバイスとボードID（オフセット0x1C-0x1D） A.3.6. General Purpose Control and Status Register - 0xBB0 A.3.7. Uncorrectable Internal Error Status (修正不可能な内部エラーステータス) レジスター - 0xBB4 A.3.8. Uncorrectable Internal Error Mask (修正不可能な内部エラーマスク) レジスター - 0xBB8 A.3.9. Correctable Internal Error Status (修正可能な内部エラーマスク) レジスター - 0xBBC A.3.10. Correctable Internal Error Mask (修正可能な内部エラーマスク) レジスター
B. エンドポイントモードでのアドレス変換サービス（ATS）の実装 x
B.1. 翻訳済み/未翻訳のリクエストの送信 B.2. エンドポイント（EP）からルートコンプレックス（RC）へのページリクエストメッセージの送信 B.3. リクエスト/完了の無効化
C. TLPバイパスモードでユーザー・アプリケーションに転送されるパケット x
C.1. EP TLPバイパスモード（アップストリーム） C.2. RC TLPバイパスモード（ダウンストリーム）
1. 頭字語
2. はじめに
3. IPアーキテクチャーと機能の説明
4. 高度な機能
5. インターフェイス
6. パラメーター
7. テストベンチ
8. トラブルシューティング/デバッグ
9. Fタイル Avalon ストリーミング・インテル FPGA IP for PCI Expressユーザーガイドのアーカイブ
10. Fタイル Avalon ストリーミング インテル FPGA IP forPCI Expressユーザーガイドの改訂履歴
A. コンフィグレーション・スペース・レジスター
B. エンドポイントモードでのアドレス変換サービス（ATS）の実装
C. TLPバイパスモードでユーザー・アプリケーションに転送されるパケット
D. ルートポートの列挙

2.2. 特性

PCI Express用のFタイル Avalonストリーミング・インターフェーズは、次の機能をサポートしています。

PCIe* 機能

  • ハードIPとして実装されたトランザクション、データリンク、および物理層を含む完全なプロトコルスタック。
  • サポートされているトポロジーは：
    表 2.  サポートされているトポロジ
      Gen3 / Gen4 x16 Gen3 / Gen4 x8 Gen3 / Gen4 x4
    Endpoint

    はい

    はい

    はい
    Root Port

    はい

    はい

    はい
    TLP-Bypass

    はい

    はい

    はい
    注: Gen1/Gen2またはより低いリンク幅のコンフィグレーションは、リンクダウン・トレーニングを介してサポートされます。
  • 最大512バイトの最大ペイロードサイズ（MPS）をサポートします。　
  • シングル仮想チャネル（VC）をサポートします。　
  • 完了タイムアウト・インターフェイスを介して完了タイムアウト範囲をサポートします。
  • 不可分操作（FetchAdd/Swap/CAS）をサポートします。
  • 拡張タグをサポートします。 （10ビットタグのサポートはx16ポートにのみ適用される。最大512の未処理の未送信リクエストである）　
  • Independent Spread Spectrum Clocking（SRIS）を使用してRefclkを分離します。　
  • Spread Spectrum Clocking（SRNS）を使用せずにRefclkを分離します。　
  • 一般的なRefclkアーキテクチャー。　
  • PCI Express* 高度なエラー報告（物理機能のみ）。　
  • ECRCの生成とチェック。　
  • データバスパリティ保護。　
  • D0およびD3 PCIe電源状態をサポートします。　
  • レシーバーでのレーンマージン。
  • リタイマーの存在検出。

多機能および仮想化機能：

  • Single Root-IO Virtualization（SRIOV）。最大2048の仮想関数。
  • ポート0および1（x16コアおよびx8コア）のACS Control Service（ACS）機能のサポート。
  • Alternative Routing-ID Interpretation（ARI）。　
  • Functional Level Reset (FLR)
  • TLP Processing Hint（TPH）。
    注: TPHは、「ステアリングタグなし（ST）」モードのみをサポートします。
  • Address Translation Services （ATS）
  • Supports Page Request Services（PRS）をサポートします。
  • Process Address Space ID（PASID）。
  • Configuration Intercept Interface（VirtIO用）。

Avalon® Streamingインターフェイス IP特徴：

  • 個別のヘッダー、データ、プレフィックスを備えたユーザー・パケット・インターフェイス。
  • ヘッダー、データ、およびプレフィックスバスがそれぞれ2つのセグメントでコンフィグレーションされるスプリット・バス・アーキテクチャーを備えたユーザー・パケット・インターフェイス（x16モードのみ）。これにより、任意のサイクルで最大2つのTLPを処理できるため、このインターフェイスの帯域幅効率が向上します。　
  • ポート0（x16コア）に対する最大512の未処理の未送信リクエスト　
  • ポート1、2、および3（x8およびx4コア）に対する最大256の未処理の未送信要求　
  • Autonomous ハードIPモードをサポートします。このモードでは、FPGAの設定とユーザーモードへの移行が完了する前に、PCIe ハードIPがホストと通信できるようになります。
    注: Readiness Notificationsメカニズムが使用されていない限り、ルートコンプレックスおよび/またはシステムソフトウェアは、デバイスの従来のリセット後、有効なコンフィグレーション要求に対して正常完了ステータスを返さないデバイスが壊れたデバイス です。準備通知メカニズムが使用されていない限り、ルートコンプレックスおよび/またはシステムソフトウェアは、デバイスの従来のリセット後、有効なConfiguration RequestのSuccessful Completionステータスを返さないデバイスが壊れたデバイスであると判断する前に許可します。この期間は、リンクトレーニングがどれだけ早く完了するかとは無関係です。
  • x16Coreまたはポート0でのみサポートされるPCIeリンク（CvPInitおよびCvPUpdate）を介したFPGAコア・コンフィグレーション
  • 可変PLDクロック周波数：（ インテル® Agilex™ の350 MHz / 400MHz / 500MHzの場合）。
  • レガシー割り込み
  • MSI/MSI-X割り込み
  • CIIインターフェイスを介したコンフィグレーション拡張バスとVSEC
    注: CIIインターフェイスは、1x4コンフィグレーションまたはトポロジHではサポートされていません。
  • Precision Time Measurement（PTM）（PTMリクエスターのみ）
    注: PTMは、常に1つのコア（x16またはx8）でのみ有効にできます。
  • Avalon-STインターフェイスでのパリティーサポート
  • インテル® Quartus® Prime プロジェクトでのPCI Express用のFタイル Avalon ストリーミング IPのFPGAピン割り当て が修正されます。ただし、このIPは、デフォルトでPCBのレーン反転と極性反転をサポートしています。
  • ModelsimとVCSは、 インテル® Quartus® Prime 21.3リリースでサポートされているシミュレーターです。他のシミュレーターは、将来のリリースでサポートされる可能性があります。

規格と仕様への準拠

  • PCI Expressベース仕様リビジョン4.0
  • シングルルートI/Oの仮想化と共有の仕様1.1
  • アドレス変換サービス、リビジョン1.1
  • PCI Expressアーキテクチャー用のPHYインターフェイス、バージョン4.x（PCI Express Base Spec、リビジョン4.0に対応する仕様）
  • 仮想I/Oデバイス（VIRTIO）バージョン1.0
注: このユーザーガイド全体を通して、AVSTまたはAvalon-STという用語は Avalon® Streamingインターフェイス IPの略語として使用される場合があります。
レベル 2 の表題