TeleScan PE

目录

物理层深度剖析

通道结构

信号完整性关键技术

链路训练（Link Training）

协议层核心技术

TLP（事务层包）结构

虚拟通道管理

原子操作（PCIe 5.0+）

硬件实现关键

FPGA实现方案

信号完整性设计规范

总结：PCIe 技术本质

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TeleScan PE 是一个免费的 PCI Express/NVMe 配置空间读/写实用程序，允许用户扫描、解码、显示和写入 PCI Express/NVMe 配置空间寄存器。

windows PCIe 工具: TeleScan_telescan pe-CSDN博客

Telescan 采集信息教程

PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）是一种高速串行计算机扩展总线标准，用于连接主板与高性能外设

• 点对点连接： 彻底取代传统PCI总线共享带宽模式

• 分层交换： 支持多级交换机扩展设备数量

• 非透明桥接： 实现不同时钟域的设备互联

层级	功能	关键技术
事务层	处理TLP（事务层包）的组装/拆解 实现QoS和流量控制	信用机制（Credit-Based Flow Control）
数据链路层	数据完整性保障（CRC校验） 错误重传和链路初始化	ACK/NAK协议 DLLP（数据链路层包）
物理层	串行化/解串行化（SerDes） 时钟嵌入和恢复（CDR） 通道训练和均衡	128b/130b编码 弹性缓冲器

代数	发布时间	单通道速率	编码效率	x16带宽	关键技术突破
PCIe 1.0	2003	2.5 GT/s	8b/10b (80%)	4 GB/s	差分串行传输
PCIe 2.0	2007	5.0 GT/s	8b/10b (80%)	8 GB/s	向后兼容模式
PCIe 3.0	2010	8.0 GT/s	128b/130b (98.5%)	16 GB/s	均衡技术(CTLE/DFE)
PCIe 4.0	2017	16.0 GT/s	128b/130b	32 GB/s	低损耗PCB要求
PCIe 5.0	2019	32.0 GT/s	128b/130b	64 GB/s	前向纠错(FEC)
PCIe 6.0	2022	64.0 GT/s	PAM4+FLIT	128 GB/s	脉冲幅度调制(PAM4) 低延迟重传

注：GT/s = Giga Transfers per second（千兆传输/秒）

物理层深度剖析

通道结构

• 单通道（Lane）： 包含4根物理线（发送/接收差分对）

• 多通道聚合： x1/x2/x4/x8/x16配置实现带宽倍增

信号完整性关键技术

• 发送端均衡：

预加重(Pre-emphasis) = 主要补偿高频损耗
去加重(De-emphasis) = 降低低频分量幅度
摆率控制(Slew Rate Control) = 抑制电磁干扰

• 接收端均衡：

CTLE(连续时间线性均衡器)： 提升高频分量增益
DFE(判决反馈均衡器)： 消除码间干扰(ISI)

链路训练（Link Training）

协议层核心技术

TLP（事务层包）结构

字段	长度	功能
Header	12/16B	地址/请求类型/长度/TC(Traffic Class)
Data Payload	0-4096B	传输数据
ECRC	4B	端到端循环冗余校验
LCRC	4B	链路级校验
Sequence Number	2B	包序列标识

虚拟通道管理

• TC（Traffic Class）： 8个优先级（0-7）

• VC（Virtual Channel）： 独立缓冲队列

原子操作（PCIe 5.0+）

• Compare-and-Swap (CAS)： 内存地址值比较交换

• Fetch-and-Add (FAA)： 原子加操作

• 应用场景： GPU直接访问CPU内存（避免DMA拷贝）

硬件实现关键

FPGA实现方案

// PCIe Gen4 x8 端点控制器
pcie4_uscale_plus pcie_inst (
  .pci_exp_txp(txp),         // 串行发送正极
  .pci_exp_txn(txn),         // 串行发送负极
  .pci_exp_rxp(rxp),         // 串行接收正极
  .pci_exp_rxn(rxn),         // 串行接收负极
  
  .user_clk(user_clk),       // 250MHz用户时钟
  .user_reset(user_reset),
  
  .s_axis_tx_tdata(tx_data), // AXI4-Stream发送
  .s_axis_tx_tvalid(tx_valid),
  
  .m_axis_rx_tdata(rx_data), // AXI4-Stream接收
  .m_axis_rx_tvalid(rx_valid),
  
  .cfg_flr_in_process(flr_active) // 功能级复位状态
);

资源消耗（Xilinx UltraScale+）：

• LUT：~35K

• BRAM：~20

• GTY收发器：8通道

信号完整性设计规范

参数	Gen3 8GT/s	Gen4 16GT/s	Gen5 32GT/s
插入损耗	< -12dB @ 4GHz	< -16dB @ 8GHz	< -28dB @ 16GHz
回波损耗	> -10dB	> -12dB	> -15dB
参考时钟抖动	< 1.5ps RMS	< 0.5ps RMS	< 0.3ps RMS
板材要求	FR4	Megtron 6	Megtron 7

总结：PCIe 技术本质

1. 性能： 通过SerDes技术和通道聚合实现TB级带宽

2. 灵活性： 从x1到x16弹性配置，兼容新旧设备

3. 可靠性： 多层校验+链路重训练+热插拔支持

4. 延展性： 通过CXL/CCIX等协议支持异构计算

当前最前沿 PCIe 6.0 采用：

• PAM4调制： 单位周期传输2bit数据

• FLIT模式： 固定大小包提升效率

• 低延迟FEC： 纠错延迟 < 2ns
  实现128GB/s（x16）带宽，满足AI大模型数据传输需求