CXL.mem M2S Message 释义

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0. 前言

  M2S 方向有 3 个 Channel：Req，RwD，BIRsp，本文对 M2S 方向各 Channel 的 Message 进行释义。

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1. Req

  Req 是指未携带数据的 M2S 请求，多为 Read 及 Forward 相关。M2S Req 主要是在 MemOp、Meta、SnpType 共同作用下完成的，MemOp 指定 Memory 操作类型，SnpType 指定对 Device Cache 的操作，MetaField/MetaValue 指示 Host Cache 的状态。

1.1 MemOp

  Req 包含以下几种 MemOp：

• MemInv ，Master 发起的 Invalidation 操作，主要用于更新 Meta Data，无需读写数据。常用于 Master 获取归属于 Device Memory 的指定 Cacheline 的 Exclusive 或 Shared 权限。
• MemInvNT ，跟 MemInv 类似，多了一层 Hint 的意思，暗示（但不保证）该 Invalidation 是非时态的，预计很快会写回。该请求读 Device Meta State，但是不修改。
• MemRd ，常规的 Memory Read，Meta Field 及 MetaData 字段可用。若 Meta Field 包含有效字段，则执行 Meta 数据更新。
• MemRdData ，常规的 Memory Read，忽略 MetaField 及 MetaValue 不用。Device 收到该请求后，若原 Meta0-State=I 则更新为 A，其他状态（SA）保持不变。
• MemRdFwd ，将 D2H 的 Read 请求转发回去，仅适用于 HDM-D Host-bias 区域，Device DCOH 直接到其 Memory 内读数据，且完成后无需给 Host 回 Completion。该请求内的 Tag 采用 D2H Req 的 CQID，SnpType 必须为 NoOp。
• MemWrFwd ，跟 MemRdFwd 类似，将 D2H 的 Write 请求转发回去，仅适用于 HDM-D Host Bias 区域，Device 完成后无需给 Host 回 Completion
• MemSpecRd ，在 Home Agent 解决一致性之前就发出，从而减小 Latency，需要 MemData 但无需 Completion。Tag, MetaField, MetaValue, and SnpType 均 Reserved。
• MemClnEvct ，跟 MemInv 类似，但是该请求还用于指示 Host 正在变为 I 状态且无需返回 Meta0 状态。仅用于 HDM-DB 地址域。

  以上几种请求有特定的应用范围：对于 HDM-H 区域，只能发送 MemRd、MemInv、MemInvNT、MemRdData、MemSpecRd 这 5 种请求；MemRdFwd、MemWrFwd 是转发 Device 发来的请求，只适用于 HDM-D Host Bias 区域；MemClnEvct 仅用于 HDM-DB 区域。

  对于 MemInv、MemRd、MemRdData，若 SnpType 包含有效命令，应按需求执行。

1.2 SnpType

SnpType 可认为是 Host 对 Device Cache 内 Cacheline 的操作请求，Host 通过该字段对 Device Cache 内的相关 Cacheline 进行 Snoop。SnpType 同样分为 SnpCur、SnpData 及 SnpInv，释义如下：

• SnpData ，Requestor 需要至少一条 Shared Line；
• SnpCur ，Requestor 读取 Device 侧该 Cacheline 的数据，且保证不会对齐进行缓存，Device 无需改变该 Cacheline 的状态；
• SnpInv ，Requestor 想要独占该 Cacheline。

1.3 Meta

  Meta 可认为 Host 给 Device 的暗示信息，告知 Device 该 CacheLine 在 Host 侧的 Cache 状态，而非 Device 内的状态，便于 DCOH 进行一致性相关操作。

  Meta 有 MetaField、MetaValue 两个字段，释义如下：

• MetaField ，指定 Meta 的 Entry，最大支持 3 个 Meta Field，目前只有 Meta0-State。如果存在 Meta Field，则需要更新相关 Meta Data 的值。如果 Device Memory 不支持 Meta Data，DCOH 仍然可以采用该字段来推测 Host 的指令意图。
• MetaValue ，需要更新到指定 Meta 的值。对于 Meta0，不同的值代表不同的 Meta0-State。

  更多 Meta Data 相关释义可参考《CXL Meta Data 介绍》 。

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2. RwD

  RwD 为带有 Data 的 Memory 操作请求，通常为写 Memory 操作，也包含来借道的冲突指示操作。RwD 为独立 Channel 且不依赖于 M2S Req 或 S2M BISnp。

  RwD 请求包括以下几种：

• MemWr ，常规 Memory 写操作，整行写。MetaField 及 SnpType 按其既定意义执行。若 Snoop 到 Device 中该 Cacheline 为 M，DCOH 会将其 Invalidate 掉并将 Host 中的数据写回 Device Memory。
• MemWrPtl ，部分写，跟 MemWr 的区别在于 MemWrPtl 带有 Byte Enable。如果 Device 内该 Cacheline 为 M，会先将 Host 发来的数据与当前数据 Merge，将 Cacheline Invalidate 掉并将 Merged 数据写入 Device Memory。MemWr 不涉及这个 Merge 操作。
• BIConflict ，Host 在相同地址的 Cacheline 上检测到了一致性冲突。该请求的 Datapayload 字段全零，即不携带有意义的数据。之所以采用 RwD，是因为该 Channel 的复杂度较低，能够避免死锁。

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3. BIRsp

  BIRsp 是对 S2M BISnp 的响应, 指示 Host 完成 Back Invalidation 之后该 Cacheline 的状态。BIRsp 包含以下 Message：

• BIRspI
• BIRspS
• BIRspE
• BIRspIBlk
• BIRspSBlk
• BIRspEBlk

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4. 参考

1. CXL Base Spec, r3.0
2. 非时态数据- 知乎 (zhihu.com)

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