UB 事务层
Unifiedbus Ub §7 Transaction Layer。位于传输层之上，为上层编程模型（load/store 同步访问和 URMA 异步访问）提供事务服务和事务操作。
概览
事务层接收上层事务操作，协调底层协议在 Initiator 和 Target 之间执行和完成事务操作。核心设计目标：
- 统一事务操作：为不同编程模型提供统一的事务接口
- 多种服务模式：满足不同可靠性和排序需求
- 安全机制：Token 验证确保事务操作安全执行
- 高效传输：TP Bypass 模式 + Compact 包头优化 load/store 同步访问
四类事务
| 类型 | TAOpcode | 说明 |
|---|---|---|
| Memory | Write(0x3), Read(0x6), Atomic(0x7-0xF), Write_with_notify(0x5), Write_with_be(0x14), Writeback(0x17), Writeback_with_be(0x18) | 对 Target 内存段的读写和原子操作 |
| Message | Send(0x0), Send_with_immediate(0x1), Write_with_immediate(0x4) | 基于 Jetty 消息队列的通信 |
| Maintenance | Prefetch_tgt(0x15) | 目标端数据预取，优化后续 Read 延迟 |
| Management | Management(0x10) | 携带管理命令，见 Ub Resource Management |
每种事务操作由唯一 TAOpcode 标识，包含至少一个请求包，可选一个响应包。
事务包头
BTAH (Basic Transaction Header)
所有请求包必须包含，有 Full 和 Compact 两种格式：
| 字段 | Full BTAH | Compact BTAH |
|---|---|---|
| TAOpcode (8-bit) | 操作类型 | 同左 |
| TAver (2-bit) | 协议版本，当前为 0 | 同左 |
| EE_bits (2-bit) | 执行环境安全属性 (non-TEE/TEE) | 同左 |
| TV_EN (1-bit) | 是否包含 TVETAH（Token 验证头） | 同左 |
| Poison (1-bit) | 载荷是否含 poisoned 数据 | 同左 |
| UD_Flag (1-bit) | 是否包含用户自定义头 | 同左 |
| INI_TASSN (16-bit) | Initiator 事务段序列号 | 同左 |
| ODR (3-bit) | 排序属性 (NO/RO/SO + TCO) | 无 |
| INI_RC_Type/ID | 发送上下文类型和标识 | 无 |
| No_TAACK | 是否跳过事务确认 | 无 |
Compact BTAH 仅用于 TP Bypass 模式，省略排序和上下文字段以减少开销。
ATAH (Acknowledge Transaction Header)
所有响应包必须包含，同样有 Full/Compact 格式：
- TAOpcode：TAACK(0x11)、Read_response(0x12)、Atomic_response(0x13)
- Status (Compact) / RSPST+RSPINFO (Full)：事务完成状态
- INI_TASSN：回传 Initiator 的序列号以匹配请求
- INI_RC_ID：回传 Initiator 的上下文标识
扩展包头
| 扩展头 | 用途 | 携带信息 |
|---|---|---|
| MAETAH | Memory Address，Memory 事务必选 | Address(64-bit) + TokenID(20-bit) + Length |
| MTETAH | Message Target，Message 事务必选 | TGT_TC_ID (目标接收队列) + Hint (负载均衡) |
| TVETAH | Token Value，安全验证时必选 | TokenValue(32-bit) 用于 Target 端权限检查 |
| TAIDETAH | Task ID | TAID(16-bit)，请求→响应原样回传 |
| OFSTETAH | Offset，多包事务分段 | Offset(24-bit)，粒度 1KB |
| IMMETAH | Immediate Data | 8 字节立即数据 + TokenValue + Msg_Length |
| NTFETAH | Notify Data (Write_with_notify) | 通知数据 + 目标地址 + 访问凭证 |
| BEETAH | Byte Enable (Write_with_be) | 64~1024-bit 字节有效位图 |
| UDETAH | User Defined，厂商自定义 | 4 字节 |
| MGMTETAH | Management 事务必选 | 管理命令净荷 |
安全验证
通过 TVETAH 携带 TokenValue：
- Memory 事务：用 MAETAH.TokenID 检索 Target 端 Token 进行比对
- Message 事务：用 MTETAH.TGT_TC_ID 检索 Target 端 Jetty/JFR Token 进行比对
- 数据长度为 0 时：Memory 事务不需要验证，Message 事务仍需验证
事务可靠性
可靠事务
- 底层协议保证包传输可靠
- 支持重试处理资源短缺等可管理异常
- 不可解决异常上报上层处理
- 重试超限后通过 CQ 报告上层
不可靠事务 (UNO)
- 不依赖底层可靠性，不重传失败事务
- 载荷不得超过传输层 MTU
- 适用于 Prefetch_tgt、Management 等操作
事务排序
TEO (Transaction Execution Order)
| 标志 | 含义 | 行为 |
|---|---|---|
| NO | 无排序要求 | 不受排序约束 |
| RO | 宽松排序 | 阻止后续 SO 事务提前执行 |
| SO | 强排序 | 等待前面所有 RO/SO 事务完成后执行 |
TCO (Transaction Completion Order)
控制完成通知 (CQE) 的生成顺序：
- Send Completion Order：Initiator 端 CQE 生成顺序
- Receive Completion Order：Target 端 CQE 生成顺序
- 各自支持 in-order 和 out-of-order 两种
Fence 机制
事务标记为 NO 但作为 Fence 使用：确保前面所有事务完成后才发送后续事务，但不影响自己的排序要求。
四种服务模式
ROI (Reliable Ordered by Initiator)
Initiator 发送事务 → 等待前面 RO/SO 事务的 TAACK → 发送下一个 SO 事务
- Initiator 负责排序：发送 SO 事务前必须等待前面 RO/SO 事务完成
- 支持多路径传输（TPG / 多 TP Channel / 网络层负载均衡）
- 适合排序依赖简单、Initiator 有足够状态信息的场景
ROT (Reliable Ordered by Target)
Initiator 连续发送所有事务（不等待）→ Target 维护排序 → 按序执行
- Target 负责排序：Initiator 无需等待即可连续发送
- 比 ROI 节省一次往返延迟
- Target 需要额外资源：Sequence Context (SC)
- SC 资源可静态配置或动态申请（BTAH.Alloc=1）
SC 动态分配流程：
- Initiator 发送 Alloc=1 的请求
- Target 分配 SC，返回 SCID（ATAH.SV=1 表示成功）
- Initiator 后续请求使用 SCID（INI_RC_Type=SC）
- Target 响应时通过 SC 映射回 RCID
ROL (Reliable Ordered by Lower Layer)
Initiator 连续发送 → 底层协议保证有序 → Target 按序接收执行
- 底层协议负责排序：要求传输层/网络层保证包有序
- RTP 模式：同一 TP Channel 传输有排序要求的事务
- CTP/TP Bypass 模式：网络层必须使用 per-flow 负载均衡（单路径）
- 需要处理 Target NoC 内部可能的乱序
UNO (Unreiable Non-ordered)
- 不保证可靠性或排序
- 载荷不超过 MTU
- 可配合 UTP/CTP/TP Bypass 使用
服务模式对比
| 特性 | ROI | ROT | ROL | UNO |
|---|---|---|---|---|
| 可靠性 | ✅ | ✅ | ✅ | ❌ |
| 排序责任 | Initiator | Target | 底层 | 无 |
| 多路径 | ✅ | ✅ | 受限 | ✅ |
| 额外资源 | 无 | SC (Target端) | TP Channel 绑定 | 无 |
| 延迟 | 等待 RTT | 无需等待 | 取决于底层 | 最低 |
Memory 事务详解
Write 系列
| 操作 | TAOpcode | 特点 |
|---|---|---|
| Write | 0x3 | 基础写入，支持分段 |
| Write_with_notify | 0x5 | 写入完成后附带通知数据到独立内存段 |
| Write_with_be | 0x14 | 字节使能，单包，仅写有效字节 |
| Writeback | 0x17 | Cache 写回，非阻塞（不可被普通读写阻塞，防死锁） |
| Writeback_with_be | 0x18 | Writeback + 字节使能 |
Write_with_notify 流程（以 ROI 为例）：
- Initiator 发送 Write 包 → Target 更新内存返回 TAACK
- 所有 Write TAACK 收到后，发送最后一个携带 NTFETAH 的包
- Target 写入通知数据到独立内存段 → 返回 TAACK
Read
- 支持 ROI/ROT/ROL
- 请求可分段，但响应不可分段（一个请求 TASSN 对应一个响应 TASSN）
- 响应通过 OFSTETAH.Offset 告知 Initiator 数据偏移
- TAIDETAH.TAID 帮助 Initiator 匹配请求和响应
Atomic（9 种原子操作）
单包操作，保证原子性和仅执行一次：
| TAOpcode | 操作 | 行为 |
|---|---|---|
| 0x7 | Compare_swap | operand2 == 本地数据 → 交换 operand1；返回本地数据 |
| 0x8 | Swap | operand1 与本地数据交换，返回交换前数据 |
| 0x9 | Store | 写入 operand1，无返回数据 |
| 0xA | Load | 返回本地数据，不修改 |
| 0xB | Fetch_add | 本地数据 += operand1，返回修改前数据 |
| 0xC | Fetch_sub | 本地数据 -= operand1，返回修改前数据 |
| 0xD | Fetch_and | 本地数据 &= operand1，返回修改前数据 |
| 0xE | Fetch_or | 本地数据 |= operand1，返回修改前数据 |
| 0xF | Fetch_xor | 本地数据 ^= operand1，返回修改前数据 |
请求载荷包含两个等长 operand（operand2 不需要时忽略）。
Message 事务详解
| 操作 | TAOpcode | 特点 |
|---|---|---|
| Send | 0x0 | 发送消息到 Target 接收队列 (RQ)，每包消耗一个 RQE |
| Send_with_immediate | 0x1 | 发送消息 + 8 字节立即数据写入 Target CQE |
| Write_with_immediate | 0x4 | 写入数据 + 立即数据，仅携带立即数据的包消耗 RQE |
Message 事务通过 MTETAH 指定 Target 端接收队列 (TGT_TC_ID)，支持 TC Group 负载均衡。
维护事务
Prefetch_tgt (0x15)
- UNO 模式，不保证可靠
- Target 自行决定是否预取
- Initiator 不重试，异常时静默丢弃
- 用于优化后续 Read 延迟
与其他概念关联
- Unifiedbus Ub — UB 整体架构，事务层是协议栈核心层
- Ub Transport Layer — 事务层位于传输层之上，使用 TP Channel/TPG 等传输服务
- Ub Programming Models — load/store 和 URMA 编程模型直接调用事务层操作
- Ub Memory Management — Memory 事务的地址翻译和权限检查由 UMMU 完成
- Ub Resource Management — Management 事务携带管理命令；ROT 模式的 SC 资源由资源管理分配
- Ub Urpc — URPC 建立在事务层消息语义之上
协议栈关联
- Ub Transport Layer — 事务层依赖传输层的可靠/不可靠传输服务
- Ub Programming Models — 事务层消息语义被 URPC 和 Jetty 编程模型使用
- Unifiedbus Ub — UB 协议整体架构
来源
- UB Base Specification Rev 2.0, §7 Transaction Layer
Citations
[1] UB-TA.md