芯?；ヂ?lián)接口規(guī)范 第2部分：協(xié)議層技術要求 征求意見稿

1GB/TXXXXX.2—XXXX芯?；ヂ?lián)接口規(guī)范第2部分：協(xié)議層技術要求本文件為芯?；ヂ?lián)接口規(guī)范的第2部分：協(xié)議層技術要求，針對通用SoC總線協(xié)議、高帶寬存儲業(yè)務及自定義協(xié)議，定義相應的報文傳輸和適配方式。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T9178集成電路術語GB/T14113半導體集成電路封裝術語3術語和定義“芯粒互聯(lián)接口規(guī)范第1部分總則”中定義的術語適用于本文件。4縮略語“芯?；ヂ?lián)接口規(guī)范第1部分總則”中定義的縮略語適用于本文件。5協(xié)議層功能概述協(xié)議層與承載的特定業(yè)務類型相關，本規(guī)范針對典型應用定義業(yè)務在本規(guī)范互聯(lián)接口上的傳輸方式，支持以下業(yè)務協(xié)議：a)支持AXI4.0/3.0總線協(xié)議。b)支持CHI總線協(xié)議。c)自定義協(xié)議：由用戶自定義協(xié)議，本規(guī)范互聯(lián)接口對業(yè)務數(shù)據(jù)進行透傳。對于不同的上層業(yè)務數(shù)據(jù)，協(xié)議層通過定義不同的適配處理機制進行承載，如圖1所示。2GB/TXXXXX.2—XXXX圖1協(xié)議層對不同業(yè)務的承載其中協(xié)議層包括SoCBusAdapter和HAI/自定義處理單元，AXI及CHI總線類型數(shù)據(jù)都通過SoCBusAdapter進行數(shù)據(jù)切分，切分后通過PAIF接口傳輸?shù)綌?shù)據(jù)鏈路層。HAI/自定義部分直接透傳到物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的CPIF接口。6對接SoC總線協(xié)議的通用傳輸要求支持SoC總線協(xié)議時，協(xié)議層把不同的總線協(xié)議信號封裝到Packet中進行傳輸。本規(guī)范定義了對接總線協(xié)議傳輸?shù)腜acket數(shù)據(jù)格式。為了保證雙方正常通信，通信雙方應使用一致的總線協(xié)議。協(xié)議層Packet傳輸至數(shù)據(jù)鏈路層后，由數(shù)據(jù)鏈路層將Packet封裝為Flit進行傳輸。數(shù)據(jù)傳輸格式如圖2所示。圖2SoC總線傳輸格式本規(guī)范采用固定的Packet大小格式承載SoC總線的數(shù)據(jù)，每個Packet的位寬P_Len與具體的SoC總線類型相關。協(xié)議層與數(shù)據(jù)鏈路層之間報文位寬為N*P_Len，其中N>0，具體值需根據(jù)物理層帶寬和不同的協(xié)議總線確定。Packet數(shù)據(jù)長度與Flit的Payload長度不一致時，數(shù)據(jù)鏈路層將多個Packet進行組合3GB/TXXXXX.2—XXXX或?qū)蝹€Packet進行切分，以適配FlitPayload長度。6.1Packet通用格式每種SoC總線分別定義了各自的業(yè)務通道，每個業(yè)務通道的位寬是固定的，本規(guī)范中使用VC(VirtualChannel)虛擬通道來標識不同的總線業(yè)務通道，每個VC通過CN（ChannelNumber）業(yè)務通道號進行區(qū)分，如圖3所示，每種CN固定對應一種業(yè)務數(shù)據(jù)寬度。可針對每種SoC總線，分別定義各業(yè)務通道對應的CN業(yè)務通道號。圖3SoC總線Channel格式6.2Packet數(shù)據(jù)拼接為了提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，需要對SoC總線各個業(yè)務通道的數(shù)據(jù)進行拼接后再通過數(shù)據(jù)鏈路層進行傳輸。Packet數(shù)據(jù)的拼接應符合本規(guī)范規(guī)定的拼接規(guī)則。規(guī)則一：業(yè)務通道號與數(shù)據(jù)長度固定映射：各業(yè)務通道的通道號一旦確定，其對應的業(yè)務通道數(shù)據(jù)長度則固定，即業(yè)務通道號和業(yè)務通道數(shù)據(jù)長度有唯一的映射關系。通過該機制，發(fā)送端不需要傳輸長度信息，接收端通過業(yè)務通道號自動識別該業(yè)務通道對應的業(yè)務數(shù)據(jù)長度。規(guī)則二：業(yè)務通道數(shù)據(jù)邊界對齊：如圖4所示，不同業(yè)務通道的數(shù)據(jù)支持拼接到一個Packet中進行傳輸，各個業(yè)務通道的數(shù)據(jù)在Packet中的位置應按照8比特邊界對齊，非對齊部分通過填充無效數(shù)據(jù)進行填充，填充數(shù)據(jù)（Padding）的內(nèi)容推薦為0。不同通道的排列順序，在具體協(xié)議要求中定義。圖4SoC總線業(yè)務數(shù)據(jù)邊界對齊規(guī)則三：單個Packet的最大業(yè)務通道數(shù)量：單個Packet中承載的業(yè)務通道數(shù)量不做限制，和業(yè)務通道的位寬和對齊位寬相關，實際應用中綜合考慮各個業(yè)務通道數(shù)據(jù)的優(yōu)先級以及填充效率，選擇合適的業(yè)務通道數(shù)據(jù)進行拼接。規(guī)則四：剩余位寬不足時應進行Padding補齊：當Packet數(shù)據(jù)剩余的位寬小于等于CN域的位寬時，該剩余位寬默認為Padding。規(guī)則五：填充（Padding）通道：當Packet中的數(shù)據(jù)無其它有效的業(yè)務通道數(shù)據(jù)進行填充時，可通過Padding通道進行填充。Padding通道通過特殊的CN業(yè)務通道號（固定為0）進行標識，接收端接收到后，丟棄該業(yè)務通道的數(shù)據(jù)。Padding通道中的填充數(shù)據(jù)內(nèi)容推薦為0，接收端直接丟棄該數(shù)據(jù)。7對接AXI總線協(xié)議的傳輸要求本規(guī)范支持對接128bit的AXI4.0總線，支持AXI4.0總線協(xié)議所定義的五個業(yè)務通道（WADDR,RADDR,WDATA,RDATA,WRSP），支持一個Packet中傳輸多個業(yè)務通道的數(shù)據(jù)，支持業(yè)務通道之間的組合。在對接AXI總線時采用5bit的CN表示不同的業(yè)務通道號，采用32Byte的Packet長度。同一個Packet4GB/TXXXXX.2—XXXX內(nèi)不同CN數(shù)據(jù)的排序推薦按CN號從小到大排列。本規(guī)范定義在對接AXI協(xié)議總線時，協(xié)議層與數(shù)據(jù)鏈路層報文數(shù)據(jù)寬度N*P_Len，其中N最小為3，即單位時間內(nèi)可以同時傳輸3個Packet數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)鏈路層。圖5AXI數(shù)據(jù)格式以下針對Packet格式和數(shù)據(jù)拼接進行說明。a)AXI數(shù)據(jù)格式為了區(qū)分不同的AXI業(yè)務通道，使用5比特的業(yè)務通道號進行區(qū)分，每個業(yè)務通道號對應固定長度的業(yè)務通道數(shù)據(jù)。其中用戶自定義信號位寬支持4/8/12/16bit位寬的檔位，在初始化階段由軟件配置兩端的實際使用位寬。業(yè)務通道業(yè)務通道號（CN）有效信息位寬（bit）備注填充通道01~251寫地址通道（AW）1107~115見“ADDR通道”說明讀地址通道（AR）2107~115見“ADDR通道”說明寫數(shù)據(jù)通道（WDATA）3149~157見“WDATA通道”說明讀數(shù)據(jù)通道（RDATA）4143~151見“RDATA通道”說明寫應答通道（WRSP）514~22見“WRSP通道”說明1)ADDR通道寫地址通道（AW）和讀地址通道（AR）共用ADDR通道格式。其中用戶自定義信號位寬支持4/8/12/16bit位寬的檔位，在初始化階段由軟件配置兩端的實際使用位寬，以下以4bit為例描述。表2ADDR通道格式（以4bit用戶自定義信號位寬為例）信號說明位寬起始比特位置AWID/ARID寫地址ID/讀地址ID。80AWADDR/ARADDR寫地址/讀地址。8AWLEN/ARLEN突發(fā)長度，表示每次突發(fā)傳輸?shù)膫鬏敶螖?shù)。8AWSIZE/ARSIZE突發(fā)大小，表示每次突發(fā)傳輸?shù)拇笮?80AWBURST/ARBURST寫突發(fā)類型/讀突發(fā)類型。283AWLOCK/ARLOCK寫鎖定類型/讀鎖定類型。2855GB/TXXXXX.2—XXXXAWCACHE/ARCACHE寫存儲器類型/讀存儲器類型。487AWPROT/ARPROT寫保護類型/讀保護類型。391AWQOS/ARQOS寫/讀服務質(zhì)量。594AWREGION/ARREGION區(qū)域表示符。498AWUSER/ARUSER用戶自定義信號。4總計————2)WDATA通道其中用戶自定義信號位寬支持4/8/12/16bit位寬的檔位，在初始化階段由軟件配置兩端的實際使用位寬，以下以4bit為例描述。表3WDATA通道格式（以4bit用戶自定義信號信號說明位寬起始比特位置WDATA寫數(shù)據(jù)。0WSTRB寫數(shù)據(jù)字節(jié)選通位。WLAST突發(fā)傳輸中最后一筆寫操作標識。1WUSER用戶自定義。4總計————WDATA通道統(tǒng)一按照128bit位寬進行定義，當支持256bit總線時，需統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為128bit位寬。6GB/TXXXXX.2—XXXX3)RDATA通道其中用戶自定義信號位寬支持4/8/12/16bit位寬的檔位，在初始化階段由軟件配置兩端的實際使用位寬，以下以4bit為例描述。表4RDATA通道格式（以4bit用戶自定義信號位寬為例）信號說明位寬（bit）起始比特位置RDATA讀數(shù)據(jù)0RRESP讀響應2RID讀數(shù)據(jù)ID8RLAST突發(fā)傳輸中最后一筆讀操作的標識1RUSER用戶自定義4總計————RDATA通道統(tǒng)一按照128bit位寬進行定義，當支持256bit/512bit/1024bit總線時，需統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為128bit位寬。4)WRSP通道其中用戶自定義信號位寬支持4/8/12/16bit位寬的檔位，在初始化階段由軟件配置兩端的實際使用位寬，以下以4bit為例描述。表5WRSP通道格式（以4bit用戶自定義信號位寬為例）信號說明位寬（bit）起始比特位置BID寫響應ID。80BRESP寫響應。28BUSER用戶自定義信號。4總計————b)AXI數(shù)據(jù)拼接規(guī)則1)規(guī)則一：業(yè)務通道號與數(shù)據(jù)長度固定映射通過5比特的CN定義不同的業(yè)務通道號與業(yè)務數(shù)據(jù)有效長度的映射關系，詳見“AXI數(shù)據(jù)格式”章節(jié)的說明。2)規(guī)則二：業(yè)務數(shù)據(jù)邊界對齊每個業(yè)務通道的數(shù)據(jù)長度需填充到數(shù)據(jù)邊界，以8比特為邊界，表6列出了各個業(yè)務通道需添加的填充比特數(shù)量。表6AXI總線業(yè)務通道邊界填充業(yè)務通道業(yè)務通道號和業(yè)務·有效信息位寬（bit）填充比特數(shù)（bit）寫地址通道（AW）0讀地址通道（AR）07GB/TXXXXX.2—XXXX寫數(shù)據(jù)通道（WDATA）6讀數(shù)據(jù)通道（RDATA）4寫應答通道（WRSP）5以AW通道和AR通道在同一個Packet中傳輸為例，AXI數(shù)據(jù)邊界對齊如圖6所示。圖6AXI數(shù)據(jù)邊界對齊接收端通過CN業(yè)務通道號接收AW通道數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)邊界對齊規(guī)則識別到下一個CN業(yè)務通道號，繼續(xù)接收后面的業(yè)務通道數(shù)據(jù)。3)規(guī)則三：跨Packet傳輸當要傳輸?shù)臉I(yè)務通道數(shù)據(jù)長度大于Packet剩余可傳輸?shù)拈L度時，可將業(yè)務通道數(shù)據(jù)拆分到兩個Packet中進行傳輸。如圖7所示，WDATA通道無法在前一個Packet完成傳輸，根據(jù)當前Packet的剩余長度在前一個Packet傳輸139比特的業(yè)務數(shù)據(jù)，剩余的16比特業(yè)務數(shù)據(jù)在后一個Packet中進行傳輸。圖7AXI跨Packet傳輸4)規(guī)則四：最大業(yè)務通道數(shù)量根據(jù)AXI數(shù)據(jù)格式，每個Packet最大可傳輸256比特數(shù)據(jù)，最短的業(yè)務通道為WRSP通道，按照8比特邊界對齊后為24比特長度，可計算出每個Packet最多可傳輸256/24=10個業(yè)務通道。5)規(guī)則五：剩余位寬不足處理規(guī)則AXI的CN為5比特長度，當Packet中的剩余數(shù)據(jù)小于等于5比特時，則剩余數(shù)據(jù)默認認為是填充數(shù)據(jù)，接收端固定丟棄該填充數(shù)據(jù)。6)規(guī)則六：填充通道當沒有業(yè)務數(shù)據(jù)需要傳輸時，可通過填充通道對Flit的數(shù)據(jù)進行填充。填充通道的長度可變，一直填充到Flit結束，當整個Flit均沒有業(yè)務數(shù)據(jù)時，整個Flit的數(shù)據(jù)均使用填充通道進行填充，如圖8所示。圖8AXI填充通道8GB/TXXXXX.2—XXXX8HAI協(xié)議要求高帶寬存儲訪問使用HAI協(xié)議格式進行訪問，用戶可自定義實現(xiàn)系統(tǒng)總線到HAI協(xié)議的轉(zhuǎn)換，本規(guī)范中定義通過HAI協(xié)議實現(xiàn)高帶寬存儲訪問的機制。HAI協(xié)議完成從總線到CPIF接口的數(shù)據(jù)處理，本規(guī)范將其作為協(xié)議層一部分進行描述。HAI幀格式由多個70比特的數(shù)據(jù)構成，每個70比特稱為一個數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包對應一個高帶寬存儲訪問通道，不同訪問通道之間相互獨立。數(shù)據(jù)包的格式不在本規(guī)范中進行定義，詳見相應產(chǎn)品手冊說明。HAI的Flit格式由payload和Tail兩部分組成，payload的長度固定為180比特，tail長度固定為10比特。HAI采用2個Flit傳輸5個數(shù)據(jù)包共350比特的業(yè)務數(shù)據(jù)，其中第一個Flit中傳輸180比特，包括前2個數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)以及第3個數(shù)據(jù)包的前40比特數(shù)據(jù)。第二個Flit傳輸?shù)?個數(shù)據(jù)包的后30比特數(shù)據(jù)以及后面2個數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)，再添加10比特的保留數(shù)據(jù)（rsv）。HAIFlit數(shù)據(jù)直接與物理層進行對接，HAI的Flit格式如圖9所示。圖9HAIFlit格式每個Flit的Tail域格式一樣，位寬固定為10比特。表7HAITail格式比特位置域說明