芯粒互联接口规范 第2部分：协议层技术要求 征求意见稿

1GB/TXXXXX.2—XXXX芯粒互联接口规范第2部分：协议层技术要求本文件为芯粒互联接口规范的第2部分：协议层技术要求，针对通用SoC总线协议、高带宽存储业务及自定义协议，定义相应的报文传输和适配方式。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T9178集成电路术语GB/T14113半导体集成电路封装术语3术语和定义“芯粒互联接口规范第1部分总则”中定义的术语适用于本文件。4缩略语“芯粒互联接口规范第1部分总则”中定义的缩略语适用于本文件。5协议层功能概述协议层与承载的特定业务类型相关，本规范针对典型应用定义业务在本规范互联接口上的传输方式，支持以下业务协议：a)支持AXI4.0/3.0总线协议。b)支持CHI总线协议。c)自定义协议：由用户自定义协议，本规范互联接口对业务数据进行透传。对于不同的上层业务数据，协议层通过定义不同的适配处理机制进行承载，如图1所示。2GB/TXXXXX.2—XXXX图1协议层对不同业务的承载其中协议层包括SoCBusAdapter和HAI/自定义处理单元，AXI及CHI总线类型数据都通过SoCBusAdapter进行数据切分，切分后通过PAIF接口传输到数据链路层。HAI/自定义部分直接透传到物理层与数据链路层的CPIF接口。6对接SoC总线协议的通用传输要求支持SoC总线协议时，协议层把不同的总线协议信号封装到Packet中进行传输。本规范定义了对接总线协议传输的Packet数据格式。为了保证双方正常通信，通信双方应使用一致的总线协议。协议层Packet传输至数据链路层后，由数据链路层将Packet封装为Flit进行传输。数据传输格式如图2所示。图2SoC总线传输格式本规范采用固定的Packet大小格式承载SoC总线的数据，每个Packet的位宽P_Len与具体的SoC总线类型相关。协议层与数据链路层之间报文位宽为N*P_Len，其中N>0，具体值需根据物理层带宽和不同的协议总线确定。Packet数据长度与Flit的Payload长度不一致时，数据链路层将多个Packet进行组合3GB/TXXXXX.2—XXXX或对单个Packet进行切分，以适配FlitPayload长度。6.1Packet通用格式每种SoC总线分别定义了各自的业务通道，每个业务通道的位宽是固定的，本规范中使用VC(VirtualChannel)虚拟通道来标识不同的总线业务通道，每个VC通过CN（ChannelNumber）业务通道号进行区分，如图3所示，每种CN固定对应一种业务数据宽度。可针对每种SoC总线，分别定义各业务通道对应的CN业务通道号。图3SoC总线Channel格式6.2Packet数据拼接为了提升数据传输的效率，需要对SoC总线各个业务通道的数据进行拼接后再通过数据链路层进行传输。Packet数据的拼接应符合本规范规定的拼接规则。规则一：业务通道号与数据长度固定映射：各业务通道的通道号一旦确定，其对应的业务通道数据长度则固定，即业务通道号和业务通道数据长度有唯一的映射关系。通过该机制，发送端不需要传输长度信息，接收端通过业务通道号自动识别该业务通道对应的业务数据长度。规则二：业务通道数据边界对齐：如图4所示，不同业务通道的数据支持拼接到一个Packet中进行传输，各个业务通道的数据在Packet中的位置应按照8比特边界对齐，非对齐部分通过填充无效数据进行填充，填充数据（Padding）的内容推荐为0。不同通道的排列顺序，在具体协议要求中定义。图4SoC总线业务数据边界对齐规则三：单个Packet的最大业务通道数量：单个Packet中承载的业务通道数量不做限制，和业务通道的位宽和对齐位宽相关，实际应用中综合考虑各个业务通道数据的优先级以及填充效率，选择合适的业务通道数据进行拼接。规则四：剩余位宽不足时应进行Padding补齐：当Packet数据剩余的位宽小于等于CN域的位宽时，该剩余位宽默认为Padding。规则五：填充（Padding）通道：当Packet中的数据无其它有效的业务通道数据进行填充时，可通过Padding通道进行填充。Padding通道通过特殊的CN业务通道号（固定为0）进行标识，接收端接收到后，丢弃该业务通道的数据。Padding通道中的填充数据内容推荐为0，接收端直接丢弃该数据。7对接AXI总线协议的传输要求本规范支持对接128bit的AXI4.0总线，支持AXI4.0总线协议所定义的五个业务通道（WADDR,RADDR,WDATA,RDATA,WRSP），支持一个Packet中传输多个业务通道的数据，支持业务通道之间的组合。在对接AXI总线时采用5bit的CN表示不同的业务通道号，采用32Byte的Packet长度。同一个Packet4GB/TXXXXX.2—XXXX内不同CN数据的排序推荐按CN号从小到大排列。本规范定义在对接AXI协议总线时，协议层与数据链路层报文数据宽度N*P_Len，其中N最小为3，即单位时间内可以同时传输3个Packet数据到数据链路层。图5AXI数据格式以下针对Packet格式和数据拼接进行说明。a)AXI数据格式为了区分不同的AXI业务通道，使用5比特的业务通道号进行区分，每个业务通道号对应固定长度的业务通道数据。其中用户自定义信号位宽支持4/8/12/16bit位宽的档位，在初始化阶段由软件配置两端的实际使用位宽。业务通道业务通道号（CN）有效信息位宽（bit）备注填充通道01~251写地址通道（AW）1107~115见“ADDR通道”说明读地址通道（AR）2107~115见“ADDR通道”说明写数据通道（WDATA）3149~157见“WDATA通道”说明读数据通道（RDATA）4143~151见“RDATA通道”说明写应答通道（WRSP）514~22见“WRSP通道”说明1)ADDR通道写地址通道（AW）和读地址通道（AR）共用ADDR通道格式。其中用户自定义信号位宽支持4/8/12/16bit位宽的档位，在初始化阶段由软件配置两端的实际使用位宽，以下以4bit为例描述。表2ADDR通道格式（以4bit用户自定义信号位宽为例）信号说明位宽起始比特位置AWID/ARID写地址ID/读地址ID。80AWADDR/ARADDR写地址/读地址。8AWLEN/ARLEN突发长度，表示每次突发传输的传输次数。8AWSIZE/ARSIZE突发大小，表示每次突发传输的大小380AWBURST/ARBURST写突发类型/读突发类型。283AWLOCK/ARLOCK写锁定类型/读锁定类型。2855GB/TXXXXX.2—XXXXAWCACHE/ARCACHE写存储器类型/读存储器类型。487AWPROT/ARPROT写保护类型/读保护类型。391AWQOS/ARQOS写/读服务质量。594AWREGION/ARREGION区域表示符。498AWUSER/ARUSER用户自定义信号。4总计————2)WDATA通道其中用户自定义信号位宽支持4/8/12/16bit位宽的档位，在初始化阶段由软件配置两端的实际使用位宽，以下以4bit为例描述。表3WDATA通道格式（以4bit用户自定义信号信号说明位宽起始比特位置WDATA写数据。0WSTRB写数据字节选通位。WLAST突发传输中最后一笔写操作标识。1WUSER用户自定义。4总计————WDATA通道统一按照128bit位宽进行定义，当支持256bit总线时，需统一转换为128bit位宽。6GB/TXXXXX.2—XXXX3)RDATA通道其中用户自定义信号位宽支持4/8/12/16bit位宽的档位，在初始化阶段由软件配置两端的实际使用位宽，以下以4bit为例描述。表4RDATA通道格式（以4bit用户自定义信号位宽为例）信号说明位宽（bit）起始比特位置RDATA读数据0RRESP读响应2RID读数据ID8RLAST突发传输中最后一笔读操作的标识1RUSER用户自定义4总计————RDATA通道统一按照128bit位宽进行定义，当支持256bit/512bit/1024bit总线时，需统一转换为128bit位宽。4)WRSP通道其中用户自定义信号位宽支持4/8/12/16bit位宽的档位，在初始化阶段由软件配置两端的实际使用位宽，以下以4bit为例描述。表5WRSP通道格式（以4bit用户自定义信号位宽为例）信号说明位宽（bit）起始比特位置BID写响应ID。80BRESP写响应。28BUSER用户自定义信号。4总计————b)AXI数据拼接规则1)规则一：业务通道号与数据长度固定映射通过5比特的CN定义不同的业务通道号与业务数据有效长度的映射关系，详见“AXI数据格式”章节的说明。2)规则二：业务数据边界对齐每个业务通道的数据长度需填充到数据边界，以8比特为边界，表6列出了各个业务通道需添加的填充比特数量。表6AXI总线业务通道边界填充业务通道业务通道号和业务·有效信息位宽（bit）填充比特数（bit）写地址通道（AW）0读地址通道（AR）07GB/TXXXXX.2—XXXX写数据通道（WDATA）6读数据通道（RDATA）4写应答通道（WRSP）5以AW通道和AR通道在同一个Packet中传输为例，AXI数据边界对齐如图6所示。图6AXI数据边界对齐接收端通过CN业务通道号接收AW通道数据，并根据数据边界对齐规则识别到下一个CN业务通道号，继续接收后面的业务通道数据。3)规则三：跨Packet传输当要传输的业务通道数据长度大于Packet剩余可传输的长度时，可将业务通道数据拆分到两个Packet中进行传输。如图7所示，WDATA通道无法在前一个Packet完成传输，根据当前Packet的剩余长度在前一个Packet传输139比特的业务数据，剩余的16比特业务数据在后一个Packet中进行传输。图7AXI跨Packet传输4)规则四：最大业务通道数量根据AXI数据格式，每个Packet最大可传输256比特数据，最短的业务通道为WRSP通道，按照8比特边界对齐后为24比特长度，可计算出每个Packet最多可传输256/24=10个业务通道。5)规则五：剩余位宽不足处理规则AXI的CN为5比特长度，当Packet中的剩余数据小于等于5比特时，则剩余数据默认认为是填充数据，接收端固定丢弃该填充数据。6)规则六：填充通道当没有业务数据需要传输时，可通过填充通道对Flit的数据进行填充。填充通道的长度可变，一直填充到Flit结束，当整个Flit均没有业务数据时，整个Flit的数据均使用填充通道进行填充，如图8所示。图8AXI填充通道8GB/TXXXXX.2—XXXX8HAI协议要求高带宽存储访问使用HAI协议格式进行访问，用户可自定义实现系统总线到HAI协议的转换，本规范中定义通过HAI协议实现高带宽存储访问的机制。HAI协议完成从总线到CPIF接口的数据处理，本规范将其作为协议层一部分进行描述。HAI帧格式由多个70比特的数据构成，每个70比特称为一个数据包，每个数据包对应一个高带宽存储访问通道，不同访问通道之间相互独立。数据包的格式不在本规范中进行定义，详见相应产品手册说明。HAI的Flit格式由payload和Tail两部分组成，payload的长度固定为180比特，tail长度固定为10比特。HAI采用2个Flit传输5个数据包共350比特的业务数据，其中第一个Flit中传输180比特，包括前2个数据包的数据以及第3个数据包的前40比特数据。第二个Flit传输第3个数据包的后30比特数据以及后面2个数据包的数据，再添加10比特的保留数据（rsv）。HAIFlit数据直接与物理层进行对接，HAI的Flit格式如图9所示。图9HAIFlit格式每个Flit的Tail域格式一样，位宽固定为10比特。表7HAITail格式比特位置域说明