PCIe的设计可以分为controller和PHY，整体设计较为复杂，一般可向IP厂商定制设计，controller和PHY模块的接口是PIPE接口

一、一般实现架构

1.1 PCIE controller

控制器逻辑包含了IP的host设计，以及PCIe协议中所规定的事务层、数据链路层、物理层实现逻辑，通常包含如下模块：

  • reset逻辑：通常会设置复位逻辑，通过总复位控制子复位；
  • debug逻辑：监测IP状态，供设计人员debug用；
  • msg处理逻辑：IP的某些信号由message处理，有CPU内核来处理；
  • 子系统配置处理逻辑；
  • 错误处理逻辑：查找寄存器，并记录，产生中断；
  • MSI逻辑：对地址，数据通道进行监测；
  • 中断逻辑：IP中某些中断可以合并；

1.2 PHY模块

PHY模块用于连接协议层和链路，包含了驱动和锁相环、串转并、并转串等所有与接口操作相关的所有电路。

  • PHY控制逻辑：直通PHY模块的寄存器配置和控制；
  • DFT：IP中会提供专门用于DFT的引脚。

从PCIe协议来讲，物理层分为逻辑子模块和物理子模块，逻辑子模块又分为媒介访问层（MAC）和物理编码子层（PCS）；PMA层包含串行器/解串器（SerDes）和其他模拟电路；

  • PCIE Serdes
    SerDes(Serializer-Deserializer)是串行器和解串器的简称，串行器(Serializer)也称为SerDes发送端(Tx)，(Deserializer)也称为接收端Rx。
    SerDes的主要构成可以分为三部分，PLL模块，发送模块Tx，接收模块Rx。

  • PCIE的数据链路（lane）

PCIe采用端到端的数据传送方式，数据的发送端和接收端都含有一个发送逻辑（TX）和接收逻辑（RX），如下图 1所示是PCIe链路的一个数据通路（lane），一个lane有两组差分信号，共四根信号线。其中接收端的RX和发送端的TX使用一组差分信号连接。一个PCIe链路可以由多个lane组成，最多有32条lane（由于物理尺寸太过庞大，一般情况下并不使用）。

1.3 PIPE接口

physical interface of PCI Express，PCIe的PHY层接口。

二、特殊应用场景设计架构

2.1 事务层旁路模式

旁路pcie控制器事务层，用户逻辑来实现pcie配置空间结构、TLP的处理逻辑等PCIe事务层功能。
该模式可实现upstream和downstream模式，upstream模式下通常可用来向上对接CPU，向下对接FPGA实现的Switch，switch接EP设备；downstream模式下可对接PCB版上的EP设备。此类实现在IPU、DPU、智能网卡中使用较多。