【PCIe】PCIe 完成超时机制

定义

PCIe 设备发出的请求中有些请求需要 Completer 反馈 Completion，此时 Requester 会等待 Completion 再进行下一步操作。在某些异常情况下，比如配置不当、系统故障等，Requeser 无法收到或收齐 Completion。

为了不影响进一步使用，需要一种超时退出机制让 Requester 从这种等待状态恢复过来，这就是 Completion Timeout 机制（完成超时退出机制）。

软件配置

PCIe 通过 Device Capabilities 2 Register 和 Device Control 2 Register 两个寄存器中的相关字段来对 Completion Timeout 进行指示及控制。对于支持 Completion Timeout 机制的 Function，软件随时可以更改 Device Control 2 Register 中 Completion Timeout 相关配置。

Device Capabilities 2 Register 如图 1 所示，Completion Timeout 用到的字段释义如下：

• Completion Timeout Ranges Supported，用以指示当前 Function 支持的 Completion Timeout 范围，仅用于 RP 及 EP。共有 4 个范围，Range A~D，每 1 bit 对应一个范围。
• Completion Timeout Disable Supported，用以指示是否能够关闭 Completion Timeout 机制。该字段对 RP 是可选的，对于需要发送 NP 请求的 EP 是必选的。各 VF 该字段的值必须与 PF 该字段的值相同。

Device Control 2 Register 如图 2 所示，Completion Timeout 用到的字段释义如下：

• Completion Timeout Value，通过配置该字段来选择 Completion Timeout 的范围。若开启了 Completion Timeout，用户可以通过配置 Device Control 2 寄存器的 Completion Timeout Value 来选择 Timeout Limit。
• Completion Timeout Disable，通过配置该字段来决定打开或关闭 CompletionTimeout。Completion Timeout 机制默认打开，用户可以将该字段置一来关闭该机制。

Completion Timeout Value 共有五个范围，Default Range 及 Range A~D，每个 Range 包含两个子范围。如果为 Default Range 或设备不支持可变的 Timeout Value 配置，那么在设计的时候，Flit Mode 下应把 Timeout Value 设置为 40 ms ~ 50 ms，Non-Flit Mode 下应设置为 50 us ~ 50 ms（建议最少 10 ms）。其他几个范围编码及范围具体值如下表所示。

Completion Timeout Value Code	Range Name	Time Range
0000b	Default Range	40ms~50ms@FM 50us~50ms@NFM
0001b	A	50us~100us
0010b	A	1ms~10ms
0101b	B	16ms~55ms; 40ms~55ms MUST@FM
0110b	B	65ms~210ms
1001b	C	260ms~900ms
1010b	C	1s~3.5s
1101b	D	4s~13s
1110b	D	17s~64s
Others	Reserved	Reserved

使用限制

对于 RC 发出的 Configuration 读写请求，由于 PCIe-PCI/PCI-X Bridge 不支持请求重传（RRS），可能会导致 Completion 时间较长，RC 的 Completion Timeout 应考虑到这一点。

除了上述提到的 Configuration 请求，对于能够发出 NP 类型请求的 PCIe Function，必须实现 Completion Timeout 机制。每一笔 NP 请求发出后自动触发针对该请求的 Completion Timeout Timer。由于 Switch 仅用于交换请求不自发生成请求，Completion Timeout 机制仅限于用在 RC、EP 及 Bridge 上，不适用与 Switch。

处置方式

发生Completion Timeout 时，Requester 上报错误。对于 Memory Read 请求，若 Completer 响应多笔 CplD 但 CplD 被中断，Requester 可以保留此前收到的 CplD 中的 Data，也可以丢弃。

AER 提供了相关机制来指示 Memory / IO / Configuration 相关 Completion Timeout 的状态指示、Error Mask，并提供了 Completion Timeout Prefix/Header Log 寄存器来存放相关请求的 TLP Prefix/Header，便于后期 Debug。