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 4/27/2023
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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 for PCI 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. Root Port BFM E. 独立したリセットに対する分岐エンドポイントのサポート
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. パフォーマンスとリソース使用率 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. 消費電力マネジメント 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. Reset
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 TX 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 TX 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. TLP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 Implementation
4.1.1.1. SR-IOV Implementation 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. TLP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. クロックおよびリセット 5.3. シリアル・データ・インタフェース 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 Status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. Power Management Interface 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. VirtIOPCI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 インターフェイス信号 5.4.2. Avalon-ST 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. Configuration, Debug and Extension Options
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. デバイス・ケイパビリティー 6.2.3.2. Link Capabilities 6.2.3.3. Legacy Interrupt Pin Register 6.2.3.4. MSI-X Capabilities 6.2.3.5. MSI-X Capabilities 6.2.3.6. スロット・ケイパビリティー 6.2.3.7. レイテンシー・トレランス・レポート（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. 消費電力マネジメント 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. パック・モードのサポート 7.2. プログラミング・ファイルの生成 7.3. エンドポイント・テストベンチ 7.4. Avalon-MMテスト・ドライバー・モジュール 7.5. ルートポートBFM 7.6. BFMプロシージャーおよびファンクション
7.5. ルートポートBFM x
7.5.1. BFMメモリーマップ 7.5.2. 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 7.5.3. 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 7.5.4. 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
7.6. BFMプロシージャーおよびファンクション x
7.6.1. ebfm_barwrプロシージャー 7.6.2. ebfm_barwr_immプロシージャー 7.6.3. ebfm_barrd_waitプロシージャー 7.6.4. ebfm_barrd_nowtプロシージャー 7.6.5. ebfm_cfgwr_imm_waitプロシージャー 7.6.6. ebfm_cfgwr_imm_nowtプロシージャー 7.6.7. ebfm_cfgrd_waitプロシージャー 7.6.8. ebfm_cfgrd_nowtプロシージャー 7.6.9. BFMコンフィグレーション・プロシージャー 7.6.10. BFM共有メモリー・アクセス・プロシージャー 7.6.11. BFMログおよびメッセージ・プロシージャー 7.6.12. Verilog HDL Formattingファンクション
7.6.9. BFMコンフィグレーション・プロシージャー x
7.6.9.1. ebfm_cfg_rp_epプロシージャー 7.6.9.2. ebfm_cfg_decode_barプロシージャー
7.6.10. BFM共有メモリー・アクセス・プロシージャー x
7.6.10.1. 共有メモリー定数 7.6.10.2. shmem_writeタスク 7.6.10.3. shmem_readファンクション 7.6.10.4. shmem_display Verilog HDLファンクション 7.6.10.5. shmem_fillプロシージャー 7.6.10.6. shmem_chk_okファンクション
7.6.11. BFMログおよびメッセージ・プロシージャー x
7.6.11.1. ebfm_display Verilog HDLファンクション 7.6.11.2. ebfm_log_stop_sim Verilog HDLファンクション 7.6.11.3. ebfm_log_set_suppressed_msg_maskタスク 7.6.11.4. ebfm_log_set_stop_on_msg_mask Verilog HDLタスク 7.6.11.5. ebfm_log_open Verilog HDLファンクション 7.6.11.6. ebfm_log_close Verilog HDLファンクション
7.6.12. Verilog HDL Formattingファンクション x
7.6.12.1. himage1 7.6.12.2. himage2 7.6.12.3. himage4 7.6.12.4. himage8 7.6.12.5. himage16 7.6.12.6. dimage1 7.6.12.7. dimage2 7.6.12.8. dimage3 7.6.12.9. dimage4 7.6.12.10. dimage5 7.6.12.11. dimage6 7.6.12.12. 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. Signal Tap II ロジック・アナライザー 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 デバッグ ツールキットの起動 8.2.4. F-タイルDebug Toolkit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Debug Toolkit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. Eye Viewer
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 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）
E. 独立したリセットに対する分岐エンドポイントのサポート x
E.1. PCI Expressソケット E.2. サポートされるコンフィグレーション
E.2. サポートされるコンフィグレーション x
E.2.1. コンフィグレーション・タイプ E.2.2. コンフィグレーション・タイプ E.2.3. コンフィグレーション・タイプ
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 for PCI 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. Root Port BFM
E. 独立したリセットに対する分岐エンドポイントのサポート

3.3.3. Avalon-ST TX

アプリケーション層は、Avalon-STTXインターフェイスを介してPCI ExpressIPコアのトランザクション層にデータを転送します。トランザクション層は送信が始まる前にtx_st_ready_oをアサートする必要があります。パケットの送信は、tx_st_ready_oがアサートされる場合に中断されないようにする必要があります。

この512ビット・インターフェイスは、TLPの開始時にビット[0]とビット[256]の2つの場所をサポートします。インターフェイスは、パケットの終わりのサイクルが下位256ビットで発生する場合にのみ、サイクルごとに複数のTLPをサポートします。

このインターフェイスは、F-タイル IPがx16コンフィグレーションで動作している場合、サイクルごとに2つのtx_st_sop_i信号と2つのtx_st_eop_i信号をサポートします。 また、Avalonインターフェイス仕様で指定されているtx_st_ready_o信号とtx_st_valid_i[1:0]信号の間の固定遅延にも従いません。データは、定義されたreadyLatency（3つcoreclkout_hip サイクル）内でいつでも受信できます。

x16コアは2つのセグメントを提供し、それぞれに256ビットのデータ（tx_st_data_i[511:256]とtx_st_data_i[255:0]）、128ビットのヘッダー（tx_st_hdr_i[255:128]とtx_st_hdr_i[127:0]）、および32ビットのTLPプレフィックス（tx_st_tlp_prfx_i[63:32]およびtx_st_tlp_prfx_i[31:0]）があります。このコアが1x16モードでコンフィグレーションされている場合、両方のセグメントが使用されるため、データバスは512ビットバスtx_st_data_i [511：0]になります。パケットの開始は、tx_st_sop_i [1：0] 信号によって示されるように、上部セグメントまたは下部セグメントに表示されます。

Gen4 x16モードで期待されるパフォーマンスを実現するには、ユーザー・アプリケーションはこのセグメント化されたバス・アーキテクチャーを利用する必要があります。そうしないと、パフォーマンスが低下する可能性があります。このコアが2x8モードでコンフィグレーションされている場合、下位セグメントのみが使用されます。この場合、データバスは256ビットバスtx_st_data_i [255：0]です。最後に、このコアが4x4モードでコンフィグレーションされている場合、下位セグメントのみが使用され、LSB128ビットのデータのみが有効です。この場合、データバスは128ビットバスtx_st_data_i [127：0]です。x8コアは、256ビットのデータ、128ビットのヘッダー、および32ビットのTLPプレフィックスを備えた1つのセグメントを提供します。このコアが4x4モードでコンフィグレーションされている場合、LSB128ビットのデータのみが使用されます。 x4コアは、128ビットのデータ、128ビットのヘッダー、および32ビットのTLPプレフィックスを備えた1つのセグメントを提供します。

図 21. Avalon-ST TX Packet Interface (x16)
図 22. Avalon-ST TX Packet Interface (x8)
注: pnプレフィックスは、2x8モードの2つのポートのp0およびp1用です。
図 23. Avalon-ST TX Packet Interface (x4)
注: pnプレフィックスは、4x4モードの4ポートのp0、p1、p2、およびp3用です。

次のタイミング図は、tx_st_ready_oの動作を示しています。これは、PCIe用のF-タイル IPのトランザクション・レイヤーへのデータ送信を一時停止するためにディアサートされてから、再度アサートされます。 タイミング図は、3サイクルのreadyLatencyを示しています。 アプリケーションは、tx_st_ready_oがディアサートされてから3サイクル後にtx_st_valid_iをディアサートします。アプリケーションは、準備完了サイクルでtx_st_sop_iとtx_st_eop_iの間のtx_st_valid_iをディアサートしてはなりません。 レディサイクルの定義については、Avalonインターフェイスの仕様を参照してください。これは、Avalon-ST標準に準拠していないPCIe用のF-タイルIPの追加要件です。

図 24. Avalon-ST TXインターフェイスtx_st_readyの動作

セクションの内容
TXフロー制御

レベル 2 の表題