G5 PAXICore 事务层设计规格
版本：1.2.0 状态：Draft 创建日期：2026-04-21 最后更新：2026-06-01 作者：xiang.li 前置：互联通信G5仿真建模设计规格
变更历史
| 版本 | 日期 | 变更说明 |
|---|---|---|
| 1.2.0 | 2026-06-01 | 按 spec 模板重构文档结构：9 节中文 H2 重排、新增名词定义与非功能性需求、完整字段表下沉附录 C |
| 1.1.0 | 2026-05-12 | 引入 frame 粒度作为 PAXICore 与下游接口契约，新增粒度分层契约章节，TxnTracker 改为按 frame 计数 |
| 1.0.0 | 2026-04-21 | 初版：两级背压架构、drain 级联、OST 管理、MPS 分段 |
@tbl-spec-paxi-01 文档变更历史
概述
PAXICore 是 PAXI 协议栈的事务层模块，管理 AXI 事务级的 Outstanding 限制和 MPS 分段。本 spec 定义 G5 仿真中 PAXICore 的完整设计：两级 pending queue 背压架构（OST 层 + RC Link Slot 层）、drain 级联链条、零字节事务特殊处理、以及 PAXICore 与 RC Link TX 的衔接机制。
背景
总 spec 对 PAXICore 的描述覆盖 OST 管理和 MPS 分段公式，但缺以下四项设计细节，导致无法分析高负载场景的性能瓶颈：
- 只描述一层 pending_queue（OST 满时排队），未描述第二层 segment_queue（RC Link Slot 满时的背压）。仿真中实际存在两级背压。
- drain 级联链条未描述：ACK → slot 释放 → segment_queue drain → OST 释放 → pending_queue drain 的完整级联路径。
- 零字节事务（tcredit）的特殊分段逻辑未描述：MPS 公式对 data_bytes=0 的边界处理。
- PAXICore 与 RC Link TX 的协作方式未描述：PAXIBridge 如何协调两者的 feed 和 drain。
两级背压是背压传播分析的关键。当 RC Link Slot 耗尽时，背压从 RC Link 传递到 PAXICore 的 segment_queue，进而影响 OST 释放和后续事务提交。
名词定义
| 名词 | 定义 | 与易混淆概念的区分 |
|---|---|---|
| 事务（Transaction） | 一次 paxi.submit() 的完整 AXI 操作，对应 CDMA 一条 Transfer 指令，data_bytes 任意 | OST 占用单元；比 frame 粒度大 |
| Frame | MPS 分段单元，≤ MPS (4096B)，对应 PAXI UserGuide 中"一个 AXI burst 一个 frame" | PAXICore 对外最小事件粒度；与 packet 区分——frame 是 PAXICore↔RC Link 接口单元，packet 是 RC Link 内部单元 |
| Packet | RC Link 内部 retry 单元，≤ max_payload (1344B) | PAXICore 不感知 packet 级 ACK；与 frame 区分见上 |
| OST（Outstanding） | 同时在途的事务数限制，W_OST / R_OST 独立计数 | 事务级资源；与 Slot 区分——OST 限事务数，Slot 限 frame 在途数 |
| Slot（RC Link Slot） | RC Link TX 的 frame 在途槽位，共 512 个 | 与 OST 区分见上 |
| pending_queue | 第一层背压队列，OST 耗尽时事务在此排队 | 与 segment_queue 区分——pending 存事务，segment 存 frame 描述符 |
| segment_queue | 第二层背压队列，Slot 耗尽时 frame 描述符在此排队（语义上是 frame_queue） | 与 pending_queue 区分见上 |
| TxnTracker | 单个事务的追踪记录，按 frame 计数完成进度 | — |
| SegmentInfo | 单个 frame 的描述符，PAXICore 提交给 RC Link TX 的最小单元 | 即 frame 的承载结构 |
| drain | 资源释放后从队列取出排队项继续推进的动作 | feed_rc_link drain segment_queue；drain_pending drain pending_queue |
| FACK | 零字节 frame 在 RC Link RX 端触发的响应，用于 tcredit 握手 | — |
目标与非目标
目标：
- 目标 1：定义两级 pending queue 背压架构及其语义
- 目标 2：定义 drain 级联链条的完整路径
- 目标 3：定义零字节事务的分段特殊处理
- 目标 4：定义 PAXIBridge 中 PAXICore 与 RC Link TX 的协作机制
非目标：
- 非目标 1：TX Buffer 积攒策略（AR/B 通道最多 16 笔打包发出，属硬件行为，仿真不建模此级别延迟）
- 非目标 2：硬件 VC 映射 Mode 0/Mode 1 选择（仿真固定使用 qp_id & 3 的 Bank 映射）
- 非目标 3：RX 方向 OST 约束（rx_ost_constr_en 寄存器控制的 RX Master 行为）
用例说明
走一遍一个 8192B Transfer 经过 PAXICore 的完整流程。假设 CDMA 提交 Transfer(dst=1, data_bytes=8192)：
- OST 检查：W_OST 当前已用 200，上限 256，200 < 256 通过。W_OST 分配一个 slot（201）。
- MPS 分段：8192B / 4096B = 2 个 frame。每个 frame 内 ceil(4096 / 1344) = 4 个 packet（packet 数仅 RC Link 内部使用）。共 2 个 SegmentInfo。
- 创建 TxnTracker：记录 txn_id, total_frames=2, acked_frames=0。
- 提交到 RC Link TX：检查 RC Link 当前 free slot。假设 free slot 充足 → 2 个 SegmentInfo 提交到 RC Link TX（分配 Slot 组和 PSN 范围）；若 Slot 不足，超出的 SegmentInfo 进入 segment_queue 等待。
- ACK 陆续到达：每个 frame 级 ACK 释放 RC Link Slot → PAXIBridge.feed_rc_link() 从 segment_queue 取出 SegmentInfo 提交到 RC Link。
- 事务完成：2 个 frame 全部 ACK → acked_frames == total_frames → 释放 W_OST slot → 检查 pending_queue，若有等待 OST 的事务则 drain。
详细设计
概念模型
PAXICore 内部有两个独立的排队层，对应两种资源耗尽场景：
| 层级 | 队列 | 排队原因 | 容量限制 |
|---|---|---|---|
| 第一层 | pending_queue (VecDeque) | OST 耗尽（W_OST 或 R_OST 达上限） | W_OST_LIMIT / R_OST_LIMIT （各 256） |
| 第二层 | segment_queue (VecDeque) | RC Link Slot 耗尽（512 个 Slot 全部占用） | TYPE1_OST (512) |
@tbl-spec-paxi-02 两级背压架构：层级，队列
背压传播方向：
CDMA submit
→ OST 检查
→ 通过: MPS 分段 → 提交到 RC Link TX
→ Slot 有空: 分配 Slot + PSN
→ Slot 满: 入 segment_queue (第二层)
→ OST 满: 入 pending_queue (第一层)
事务追踪由 TxnTracker 承载，按 frame 计数完成进度。每收到一个 frame 的 ACK（on_frame_acked），acked_frames++；全部 frame 完成时释放 OST 并按 op_type 生成事件：
- Transfer/Send → DataArrived（通知 CDMA 源端和目标端）
- Receive → TcreditArrived（tcredit 到达目标芯片）
TxnTracker 完整字段表见附录 C。
设计原理
为什么按 frame 计数而非 packet 计数：PAXICore 与上下游的粒度契约对齐 PAXI SUE2.0 UserGuide §2.1.1 Flit Rules（"Paxi packages the entire write or read burst into a single frame and transmits it to the rclink"）。frame 是 PAXICore 对外最小事件粒度，packet 级 PSN / Go-Back-N retry 封装在 RC Link 内部，对事务层透明。三层粒度关系见 @tbl-spec-paxi-granularity（附录 C）。
[NEEDS CLARIFICATION: frame 切分语义存疑——PAXI UserGuide §2.1.1 原文为"整个 burst 打包成单个 frame"(burst:frame = 1:1)，而本 spec 按 MPS 切 frame；且 MPS 硬件默认 256B，本 spec 取 4096B（可选最大档）。需确认建模意图是"每个 4096B burst 一 frame"还是"PAXICore 自行按 MPS 切 frame"，待硬件/设计确认]
契约约束：
- PAXICore 提交给 RC Link 的最小单元是 frame（SegmentInfo），不是 packet。
- PAXICore 接收 RC Link 的完成通知是 frame 级（
on_frame_acked），对应 AXI B/R channel 响应。 - packet 级 ACK 在 RC Link 内部驱动 Go-Back-N retry 状态机，RC Link 仅在 frame 内所有 packet 成功 ACK 后才向 PAXICore 上报
on_frame_acked。
为什么 W_OST / R_OST 独立计数：写和读是两种独立资源池，W_OST / R_OST 各取 256（项目仿真取值；SG2262 CDMA spec 实际为 rd 128 / wr 512(512B)·1024(256B)，256 为建模简化值，待核实）。
为什么固定 Mode 1 VC 映射：仿真只涉及单向数据传输（CDMA write），不需要 REQ/RSP 分离（Mode 0）来防止死锁，故固定使用 QPID Bank 映射。
算法 / 公式
MPS 分段（frame 划分）：将 AXI 事务按 MPS (4096B) 拆分为 frame：
$$\begin{equation} \text{frames} = \lceil \text{data\_bytes} / \text{MPS} \rceil \label{eq:paxi-frame-count} \end{equation}$$每个 frame 进入 segment_queue（语义上是 frame_queue）。RC Link 内部将 frame 切分为 packet 用于 retry 追踪：
$$\begin{equation} \text{每 frame 内 packet 数} = \lceil \text{frame\_bytes} / \text{max\_payload} \rceil \label{eq:paxi-frame-packets} \end{equation}$$此 packet 数仅 RC Link 内部使用，PAXICore 不维护。
VC 分类：PAXICore 将每个 SegmentInfo 分配到 VC：
$$\begin{equation} \text{vc\_id} = \text{qp\_id} \mathbin{\&} 3 \label{eq:paxi-vc-mapping} \end{equation}$$映射到 Bank0-3（VC 0-3）。MUL VC (VC 4) 当前未使用。
约束与规则
OST 提交约束：
- 根据 op_type 判断使用 W_OST 还是 R_OST。
- 检查对应 OST 计数 < 上限。
- 通过：OST++，创建 TxnTracker，执行 MPS 分段，输出 SegmentInfo 列表。
- 未通过：整个事务入 pending_queue，等待 OST 释放后 drain。
OST 释放约束：事务的所有 frame 全部 ACK → on_frame_acked 中 acked_frames == total_frames → 释放 OST → drain_pending。
零字节事务特殊处理：当 data_bytes == 0（tcredit 包）时，公式 ceil(0/4096) = 0 会产生零 frame。此时强制 frames = 1，生成一个 frame_bytes = 0 的 frame 描述符。零字节 frame 在 RC Link RX 端触发 FACK（见 RC Link spec），用于 tcredit 握手。
无反压循环约束：submit() 中 PAXICore 返回的 SegmentInfo 数量受 rc_link_capacity（当前 free slot 数）限制，超出的留在 segment_queue。一次 submit 不会触发 feed_rc_link 循环调用。
集成点
drain 级联链条（由 ACK 触发）：
Frame 全部 packets ACK 到达 RC Link TX
→ RC Link TX 聚合后回 frame-level ACK
→ 释放该 frame 占用的 Slot 组 (WaitAck → Empty)
→ 调用 PAXICore.on_frame_acked(txn_id)
→ acked_frames++
→ 如果事务完成: 释放 OST → drain_pending()
→ pending_queue 头部事务尝试获取 OST
→ 获取成功: MPS 分段（frame 划分）→ frame 描述符入 segment_queue
→ PAXIBridge.feed_rc_link()
→ 从 segment_queue 取 frame 描述符
→ 提交到 RC Link TX（分配 Slot 组 + PSN 范围）
→ 直到 segment_queue 为空或 Slot 再次耗尽
- feed_rc_link 调用时机：每次 ACK 释放 Slot 后调用。从 segment_queue 取尽可能多的 SegmentInfo 提交到 RC Link TX，直到 segment_queue 为空或 free_slot_count 为 0。
- drain_pending 调用时机：每次 OST 释放后调用。从 pending_queue 头部取事务尝试 OST 分配，成功则分段并将 SegmentInfo 追加到 segment_queue。
PAXIBridge 协作：PAXIBridge 组合 PAXICore (TX) 和 RC Link TX/RX，对外提供统一 submit/receive 接口。
submit 路径：
- CDMA 调用 PAXIBridge.submit(dst, data_bytes, op_type, ...)。
- PAXIBridge 调用 PAXICore.submit() → 返回 SegmentInfo 列表（可能部分进入 segment_queue）。
- PAXIBridge 调用 feed_rc_link() → 将 segment_queue 内容提交到 RC Link TX。
ACK 路径：
- RC Link TX 调用 on_ack_released(slot_idx)。
- PAXIBridge 调用 PAXICore.on_frame_acked(txn_id) → 可能触发 drain_pending。
- PAXIBridge 调用 feed_rc_link() → drain segment_queue。
备选方案
| 维度 | 两层 （选定） | 单层 （只有 OST queue） |
|---|---|---|
| 背压保真度 | 高：区分 OST 满和 Slot 满两种瓶颈 | 低：混淆两种不同的阻塞原因 |
| 瓶颈定位 | 可区分事务级瓶颈 vs 包级瓶颈 | 只能看到整体阻塞 |
| 实现复杂度 | 两个队列 + 级联 drain | 一个队列 |
@tbl-spec-paxi-05 单层 vs 两层 pending queue：维度，两层 （选定）
选择理由：OST 和 Slot 是两种独立资源，耗尽时机和恢复路径不同，单层队列会掩盖真实瓶颈位置。例如 OST 充足但 Slot 耗尽的场景（大量小事务，每事务只需 1 个 OST 但占用多个 Slot），单层队列无法建模。
非功能性需求
| 维度 | 本 spec 的考虑 |
|---|---|
| 性能 (Performance) | 两级背压队列均用 VecDeque，FIFO O(1) 入队出队；feed_rc_link 按需消费 segment_queue，不一次性溢出 |
| 可靠性 (Reliability) | packet 级 retry / PSN 封装在 RC Link 内部；frame 级完成判定要求全部 packet ACK，部分失败由 RC Link Go-Back-N 重传，PAXICore 不感知 |
| 兼容性 (Compatibility) | frame 粒度契约对齐 PAXI SUE2.0 UserGuide §2.1.1，底层 RC Link 仍按 packet 处理 retry，对 PAXICore 暴露 frame-level 完成事件 |
| 安全性 (Security) | 本 spec 模块在芯片内部数据通路运行，不涉及鉴权 / 加密 |
| 可观测性 (Observability) | 通过 pending_queue 长度和 segment_queue 长度区分两类瓶颈来源 |
局限与后续工作
局限（本设计的代价）
| 风险 / 局限 | 影响 | 缓解措施 |
|---|---|---|
| segment_queue 无大小限制 | 理论上可无限增长 | 实际受 OST 上限约束：最多 256 事务 × 每事务若干 segment |
| drain_pending 不检查 segment_queue 容量 | 可能一次性产生大量 SegmentInfo | feed_rc_link 按需消费，不会实际溢出 |
| 零字节事务的 1-segment 硬编码 | 非通用解决方案 | 只有 tcredit 用零字节，语义明确 |
@tbl-spec-paxi-06 风险与缓解措施
后续工作（后续扩展方向）
| 方向 | 优先级 | 前置条件 |
|---|---|---|
| TX Buffer 积攒延迟建模 | 低 | 需要 AXI 事务级时序模型 |
| REQ/RSP VC 分离 (Mode 0) | 低 | 需要读操作支持 |
| 多播事务支持 | 中 | 需要 TYPE2 VC4 + 双重流控 |
@tbl-spec-paxi-08 未来方向
验收标准
| 场景 | 指标 | 目标值 | 测试方法 |
|---|---|---|---|
| OST 耗尽 | 事务排队 | 新事务入 pending_queue，OST 释放后 drain | 提交 > 256 事务，检查 pending_queue 长度变化 |
| Slot 耗尽 | segment 排队 | SegmentInfo 入 segment_queue，ACK 后 drain | 提交大事务（> 512 包），检查 segment_queue |
| 级联 drain | 全链路恢复 | ACK → slot 释放 → segment drain → OST 释放 → pending drain | 同时触发两层背压，检查恢复顺序 |
| 零字节事务 | 正确分段 | 生成 1 个 payload=0 的 SegmentInfo | 提交 data_bytes=0 事务，检查输出 |
| 事务完成 | 事件正确 | Transfer → DataArrived, Receive → TcreditArrived | 检查事件类型与 op_type 对应 |
@tbl-spec-paxi-07 验收标准
附录
附录 A：业界调研
（本节内容已并入正文 §设计选型；原引用的 PAXI / 2262-C2C 硬件资料整理已归档。）
附录 B：实现说明
实现完成后补充，记录 spec 与实际实现的偏差。
- [2026-04-21] PAXICore 的 W_OST_LIMIT 默认 256（项目仿真取值；SG2262 CDMA spec 实际为 rd 128 / wr 512(512B)·1024(256B)，256 为建模简化值，待核实），RC Link TYPE1_OST 默认 512。两者是独立的资源池。
- [2026-04-21] segment_queue 和 pending_queue 均使用 VecDeque 实现 FIFO 语义。
附录 C：完整接口签名 / 数据结构
粒度分层契约：
| 层 | 粒度 | PAXICore 视角 |
|---|---|---|
| 事务（Transaction） | 任意（一次 paxi.submit() 的 data_bytes） | OST 占用单元；对应 CDMA 一条 Transfer 指令 |
| Frame（= MPS segment） | ≤ MPS (4096B) | PAXICore 对外的最小事件粒度；对应 PAXI UserGuide 中一个 AXI burst 一个 frame；frame 完成事件通知上层 |
| Packet | ≤ max_payload (1344B) | RC Link 内部 retry 单元；PAXICore 不感知 packet 级 ACK |
@tbl-spec-paxi-granularity 粒度分层契约
TxnTracker 字段：
| 字段 | 含义 |
|---|---|
| txn_id | 全局唯一事务 ID |
| total_frames | 该事务的总 frame 数 |
| acked_frames | 已收到 frame 级 ACK 的数量 |
| op_type | Transfer / Send / Receive |
| src_chip, dst_chip | 源/目标芯片 |
| cmd_id | CDMA 指令 ID |
| thread_id, remote_thread_id | 线程标识，用于 tcredit/write_done 路由 |
@tbl-spec-paxi-03 事务追踪 (TxnTracker)：字段，含义
frame 描述符（SegmentInfo）字段：每个 frame 携带 (txn_id, frame_bytes, vc_id, dst, qp_id, op_type, lg_id, earliest_ready_ns)。
参数配置：
| 参数 | 含义 | 默认值 |
|---|---|---|
| W_OST_LIMIT | 写 OST 上限 | 256 |
| R_OST_LIMIT | 读 OST 上限 | 256 |
| MPS | Maximum Payload Size | 4096B |
| MAX_PAYLOAD | RC Link 最大包负载 | 1344B |
@tbl-spec-paxi-04 参数配置