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

4.3. Precision Time Measurement (PTM)

Precision Time Measurement（PTM）を使用すると、独立したローカルタイムクロックを使用して、複数のコンポーネント間でイベントを正確に調整できます。通常、個々のタイムレコーダーの時間の値と変化率の概念が異なることを考えると、このような正確な調整は困難です。この制限を回避するために、PTMを使用すると、コンポーネントは、ローカル時間と共有PTMマスター時間（PTMルートに関連付けられた独立した時間領域）との関係を計算できます。各PTMルートは、PTM階層のPTMマスタータイムを提供します。

PTMリクエスターとは、エンドポイントまたはアップストリームポートに関連付けられたコンシューマーとしてPTMを使用できる機能を指します。 PTMレスポンダーとは、PTMを使用して、ルートポートまたはルートコンプレックスに関連付けられたPTMマスタータイムを提供できる機能を指します。 PTMルートは、PTM階層のPTMマスタータイムのソースであり、PTMレスポンダーでもあります。 F-タイル PCIe ハードIPは、エンドポイントモードのPTMまたはPTMリクエスターをサポートします。

  • PTMは、F-タイルのEndPointモード（PTMリクエスター）としてのみ実装されます。
  • EndPointモードとしてのポート0またはポート1のコンフィグレーションは、PTMをサポートできます。常に1つのポートのみがPTM機能を有効にできます。
  • PTM は PCIe Gen3 および Gen4 の速度でサポートされています。
    • 一般的なクロック方式での PTM 精度 = ±50 ns (Gen3 x1 モードを除く)
    • 独立した拡散スキームを使用した個別の基準クロックでの PTM 精度 = ±100 ns

F-タイル PCIe ハードIPのPTMリクエスターは、有効になっている場合、PTMコンテキスト（ダイアログの開始）を自動的に更新します。 1ミリ秒から10ミリ秒ごとの自動トリガー、またはユーザー入力のみによる手動トリガーとしてコンフィグレーションできます。

図 53. ASコンフィギュレーションのタイミング図

上の図は、自動トリガーが有効になっている場合のPTMインターフェイスのタイミング図を示しています。ptm_context_valid_oはptm_local_clock_oが有効 かどうかを示します。

PTMコンテキストは、次の場合に自動的に無効になります。
  • クロックが停止するか、間違った周波数で動作する（たとえば、リンク速度が変化しているとき）、または
  • PTMが無効になっている、または
  • PTM応答タイムアウト（自動更新または手動更新の開始条件が満たされたときに、リクエスターはPTMダイアログを再開します）、または
  • 重複PTMTLPが受信されるか、再生TLPが送信されます（応答を待機している場合、リクエスターは、最後の非重複要求が送信されてから100μs待機してから、新しいPTMダイアログを開始できるようにします。

受信したPTMメッセージもアプリケーション層に転送されます。

図 54. Precision Time Measurement（PTM）リンクプロトコル

PCIeリンク上の2つのコンポーネント間でPTMを使用する場合、PTMリクエスターに代わって機能するアップストリームポートは、同じリンク上のダウンストリームポートにPTMリクエストを送信します。これは、上の図のとおりにPTMレスポンダーに代わって機能します。

ポイントt1、t2、t3、およびt4は、PTMメッセージを送受信するときに各ポートによってローカルにキャプチャされたタイムスタンプを表します。各ポートに関連付けられたコンポーネントは、1番目のPTMダイアログからのこれらのタイムスタンプを内部レジスターに格納して2番目のPTMダイアログで使用し、以下同様に後続のPTMダイアログで使用します。

2番目のPTMダイアログでは、ダウンストリームポートが前のPTMダイアログ中に保存されたタイムスタンプに基づいてPTMResponseDメッセージを入力します。形式は次の2番目の図に示されています。これには、t2'であるPTMマスタータイムとt3-t2である伝搬遅延が含まれます。

次に、アップストリームポートに関連付けられたコンポーネントは、そのタイムスタンプをPTM ResponseDメッセージで渡されたタイムスタンプと組み合わせて、次の式を使用してPTMマスタータイムを計算できます。 t1'= t2'でのPTMマスター時間-[（（t4-t1）-（t3-t2））/ 2]

図 55. PTMリクエストメッセージ
図 56. PTM応答メッセージ
レベル 2 の表題