1GB/TXXXXX.2—XXXX芯粒互聯接口規范第2部分：協議層技術要求本文件為芯粒互聯接口規范的第2部分：協議層技術要求，針對通用SoC總線協議、高帶寬存儲業務及自定義協議，定義相應的報文傳輸和適配方式。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規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“芯粒互聯接口規范第1部分總則”中定義的術語適用于本文件。4縮略語“芯粒互聯接口規范第1部分總則”中定義的縮略語適用于本文件。5協議層功能概述協議層與承載的特定業務類型相關，本規范針對典型應用定義業務在本規范互聯接口上的傳輸方式，支持以下業務協議：a)支持AXI4.0/3.0總線協議。b)支持CHI總線協議。c)自定義協議：由用戶自定義協議，本規范互聯接口對業務數據進行透傳。對于不同的上層業務數據，協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協議層對不同業務的承載其中協議層包括SoCBusAdapter和HAI/自定義處理單元，AXI及CHI總線類型數據都通過SoCBusAdapter進行數據切分，切分后通過PAIF接口傳輸到數據鏈路層。HAI/自定義部分直接透傳到物理層與數據鏈路層的CPIF接口。6對接SoC總線協議的通用傳輸要求支持SoC總線協議時，協議層把不同的總線協議信號封裝到Packet中進行傳輸。本規范定義了對接總線協議傳輸的Packet數據格式。為了保證雙方正常通信，通信雙方應使用一致的總線協議。協議層Packet傳輸至數據鏈路層后，由數據鏈路層將Packet封裝為Flit進行傳輸。數據傳輸格式如圖2所示。圖2SoC總線傳輸格式本規范采用固定的Packet大小格式承載SoC總線的數據，每個Packet的位寬P_Len與具體的SoC總線類型相關。協議層與數據鏈路層之間報文位寬為N*P_Len，其中N>0，具體值需根據物理層帶寬和不同的協議總線確定。Packet數據長度與Flit的Payload長度不一致時，數據鏈路層將多個Packet進行組合3GB/TXXXXX.2—XXXX或對單個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務通道，每個業務通道的位寬是固定的，本規范中使用VC(VirtualChannel)虛擬通道來標識不同的總線業務通道，每個VC通過CN（ChannelNumber）業務通道號進行區分，如圖3所示，每種CN固定對應一種業務數據寬度。可針對每種SoC總線，分別定義各業務通道對應的CN業務通道號。圖3SoC總線Channel格式6.2Packet數據拼接為了提升數據傳輸的效率，需要對SoC總線各個業務通道的數據進行拼接后再通過數據鏈路層進行傳輸。Packet數據的拼接應符合本規范規定的拼接規則。規則一：業務通道號與數據長度固定映射：各業務通道的通道號一旦確定，其對應的業務通道數據長度則固定，即業務通道號和業務通道數據長度有唯一的映射關系。通過該機制，發送端不需要傳輸長度信息，接收端通過業務通道號自動識別該業務通道對應的業務數據長度。規則二：業務通道數據邊界對齊：如圖4所示，不同業務通道的數據支持拼接到一個Packet中進行傳輸，各個業務通道的數據在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據進行填充，填充數據（Padding）的內容推薦為0。不同通道的排列順序，在具體協議要求中定義。圖4SoC總線業務數據邊界對齊規則三：單個Packet的最大業務通道數量：單個Packet中承載的業務通道數量不做限制，和業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務通道數據的優先級以及填充效率，選擇合適的業務通道數據進行拼接。規則四：剩余位寬不足時應進行Padding補齊：當Packet數據剩余的位寬小于等于CN域的位寬時，該剩余位寬默認為Padding。規則五：填充（Padding）通道：當Packet中的數據無其它有效的業務通道數據進行填充時，可通過Padding通道進行填充。Padding通道通過特殊的CN業務通道號（固定為0）進行標識，接收端接收到后，丟棄該業務通道的數據。Padding通道中的填充數據內容推薦為0，接收端直接丟棄該數據。7對接AXI總線協議的傳輸要求本規范支持對接128bit的AXI4.0總線，支持AXI4.0總線協議所定義的五個業務通道（WADDR,RADDR,WDATA,RDATA,WRSP），支持一個Packet中傳輸多個業務通道的數據，支持業務通道之間的組合。在對接AXI總線時采用5bit的CN表示不同的業務通道號，采用32Byte的Packet長度。同一個Packet4GB/TXXXXX.2—XXXX內不同CN數據的排序推薦按CN號從小到大排列。本規范定義在對接AXI協議總線時，協議層與數據鏈路層報文數據寬度N*P_Len，其中N最小為3，即單位時間內可以同時傳輸3個Packet數據到數據鏈路層。圖5AXI數據格式以下針對Packet格式和數據拼接進行說明。a)AXI數據格式為了區分不同的AXI業務通道，使用5比特的業務通道號進行區分，每個業務通道號對應固定長度的業務通道數據。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。業務通道業務通道號（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”說明寫數據通道（WDATA）3149~157見“WDATA通道”說明讀數據通道（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突發長度，表示每次突發傳輸的傳輸次數。8AWSIZE/ARSIZE突發大小，表示每次突發傳輸的大小380AWBURST/ARBURST寫突發類型/讀突發類型。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/讀服務質量。594AWREGION/ARREGION區域表示符。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寫數據。0WSTRB寫數據字節選通位。WLAST突發傳輸中最后一筆寫操作標識。1WUSER用戶自定義。4總計————WDATA通道統一按照128bit位寬進行定義，當支持256bit總線時，需統一轉換為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讀數據0RRESP讀響應2RID讀數據ID8RLAST突發傳輸中最后一筆讀操作的標識1RUSER用戶自定義4總計————RDATA通道統一按照128bit位寬進行定義，當支持256bit/512bit/1024bit總線時，需統一轉換為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數據拼接規則1)規則一：業務通道號與數據長度固定映射通過5比特的CN定義不同的業務通道號與業務數據有效長度的映射關系，詳見“AXI數據格式”章節的說明。2)規則二：業務數據邊界對齊每個業務通道的數據長度需填充到數據邊界，以8比特為邊界，表6列出了各個業務通道需添加的填充比特數量。表6AXI總線業務通道邊界填充業務通道業務通道號和業務·有效信息位寬（bit）填充比特數（bit）寫地址通道（AW）0讀地址通道（AR）07GB/TXXXXX.2—XXXX寫數據通道（WDATA）6讀數據通道（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數據邊界對齊如圖6所示。圖6AXI數據邊界對齊接收端通過CN業務通道號接收AW通道數據，并根據數據邊界對齊規則識別到下一個CN業務通道號，繼續接收后面的業務通道數據。3)規則三：跨Packet傳輸當要傳輸的業務通道數據長度大于Packet剩余可傳輸的長度時，可將業務通道數據拆分到兩個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，根據當前Packet的剩余長度在前一個Packet傳輸139比特的業務數據，剩余的16比特業務數據在后一個Packet中進行傳輸。圖7AXI跨Packet傳輸4)規則四：最大業務通道數量根據AXI數據格式，每個Packet最大可傳輸256比特數據，最短的業務通道為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個業務通道。5)規則五：剩余位寬不足處理規則AXI的CN為5比特長度，當Packet中的剩余數據小于等于5比特時，則剩余數據默認認為是填充數據，接收端固定丟棄該填充數據。6)規則六：填充通道當沒有業務數據需要傳輸時，可通過填充通道對Flit的數據進行填充。填充通道的長度可變，一直填充到Flit結束，當整個Flit均沒有業務數據時，整個Flit的數據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協議要求高帶寬存儲訪問使用HAI協議格式進行訪問，用戶可自定義實現系統總線到HAI協議的轉換，本規范中定義通過HAI協議實現高帶寬存儲訪問的機制。HAI協議完成從總線到CPIF接口的數據處理，本規范將其作為協議層一部分進行描述。HAI幀格式由多個70比特的數據構成，每個70比特稱為一個數據包，每個數據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。數據包的格式不在本規范中進行定義，詳見相應產品手冊說明。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個數據包共350比特的業務數據，其中第一個Flit中傳輸180比特，包括前2個數據包的數據以及第3個數據包的前40比特數據。第二個Flit傳輸第3個數據包的后30比特數據以及后面2個數據包的數據，再添加10比特的保留數據（rsv）。HAIFlit數據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