1. MSI capability Header (偏移 00h) 目标

MSI capability 结构体通过MSI capability header将自己登记到PCI配置空间的capability 列表中的。

15                                                      8	7                                                        0
Next Capability Pointer	Capability ID

表 1-5 MSI capability Header

位域	寄存器名	描述	HOST属性
7 : 0	Capability ID	表示MSI capability的ID。对于MSI来说，这个域值必须是05H，表示这个capability结构体是MSI capability 结构体
15 ：8	Next Capability Pointer	下一个capability的地址或者是00h(表示它后面没有capability了）

表 1-6 MSI capability Header

1. MSI的消息控制寄存器 (偏移 02h)

这个寄存器提供关于MSI的系统软件控制。MSI使能默认是关闭的。如果MSI和MSIX都没有使能，function请求服务使用INTx中断（如果支持的话）。系统软件可以通过设置这个寄存器的bit 0为1来使能MSI。系统软件允许被改变消息控制寄存器的RW位域。但是设备驱动不允许修改消息控制寄存器的RW位和位域。

15       9	8	7	6        4	3         1	0
保留	每个向量掩码能力	64位地址能力	多消息使能	多消息能力	使能

表 1

位域	位域名	描述	Host属性
0	MSI使能	如果设置了这个位，并且MSIX使能开关关闭，function允许使用MSI并且禁止使用INTx.系统配置软件写这个位1来使能MSI。	RW
3 : 1	多消息能力	系统软件读这个域段来决定请求的向量集。请求的向量个数必须是2的幂对齐（例如，如果一个function需要3个向量，它通过初始化这个域段的值为010b来请求4个向量）。编码对应的向量个数如下： 000b     1 001b     2 010b     4 011b     8 100b     16 101b     32 其它     保留	RO
6 ：4	多消息使能	软件来写这个域段来决定请求的向量的个数。请求的向量个数必须是2的幂对齐（例如，如果一个function需要3个向量，它通过初始化这个域段的值为010b来请求4个向量）。编码对应的向量个数如下： 000b     1 001b     2 010b     4 011b     8 100b     16 101b     32 其它     保留	RO
7	64位地址能力	如果置1，则表示function能够发送一个64位地址的消息地址。对于PCIe设备来说，这个位必须置1。	RO
8	Per-vector掩码能力	如果设置位1，表示function支持每个向量的掩码。对于PF或者VF,该位必须置1
9	扩展消息数据能力	如果设置为1，function有能力提供扩展消息数据。	RO
10	扩展消息数据使能	如果设置为1，function被使能来提供扩展消息数据	RW/RO

表1-7 MSI的消息控制寄存器

1. MSI的消息地址寄存器 (偏移 04h)

31                                                                                                                 2	1                                           0
消息地址（4字节对齐）	保留（读返回0）

             表1-7 MSI的消息地址寄存器

1. MSI的消息高32位地址寄存器 (偏移 08h)

这个寄存器只有在支持64位消息地址的时候才有效（消息控制寄存器的bit7置1支持64位地址）。对于PCIe-ep来说，这个设计必须的，对于非PCIe-ep的其它的function是可选的。

1. MSI的数据寄存器 (偏移 08h或者0Ch)

Data是32位的长度（16位的data+ 16位的扩展data）

系统指定的消息数据。

如果MSI控制寄存器里面的消息使能位置1了，function设备发送一个DW的内存写，这个写tlp报文的4个字节的payload就是data的值。

多消息使能域段决定了data的可修改的低位的值。这个值决定了系统软件可分配的向量。例如，一个多消息使能编码是010b表示这个function设备已经分配了4个向量并且允许修改消息数据的位1和位0（一个function修改了消息数据的低位来生成分配的向量，生成完后可将这个MSI报文发给host）。如果多消息使能位是000b,那么这个function设备不允许修改消息数据。

1. MSI的掩码寄存器 (偏移 0Ch或者10h)

这个寄存器是可选的。只有在per-vector 掩码能力被置1后才有效。

掩码位域和pending位域使软件能够禁止或者延时消息的发送。MSI的向量编号是0 – N-1。N是软件分配的向量个数，每个向量被相应地掩码位和pending位关联起来。

多消息能力域段指定了有多少个向量被实现了。所有的没有实现的掩码和pending位被保留。

1. MSI的pending寄存器（偏移10h 或者 14h）

这个寄存器是可选的。

2.MSIX

2.1 MSIX Capability 结构体描述

MSIX capability结构体说明如下图。每个function不允许有多个MSIX capability结构体，但是一个function允许同时有一个MSIX和一个MSI结构体。

对比MSI结构体直接包含function的向量对应的所有的控制/状态信息。MSIX结构体则是指向了一个MSIX表结构体和一个MSIX pending bits 数组结构体（PBA）。这两个结构体都存在于memory空间。

每个结构体可以通过function的一个BAR空间或者通过一个加强的分配capability的入口来映射。Bar指示器寄存器（BIR）用来指示是哪一个BAR(或者BEI当使用加强分配功能的时候)。一个8字节的偏移表明从BAR空间的相对基地址多远的地方开始映射。BAR允许是32位的bar空间或者64位的bar空间。但是必须是mem类型的bar空间。一个function允许将这两个结构体映射到一个相同的bar，或者映射到不同的bar。

MSIX表结构体， 一般包含多个入口（entry）。每个entry由消息地址、消息高32位地址、消息data、和向量控制域组成。每个entry能够描述一个唯一的向量。

Pending bits 数组（PBA）结构体，包含function的pending位域，由多个打包好的QWORD组成。最后一个QWORD不需要全部填充。

1. MSIX的capability结构体

                   表 2-1 MSIX capability结构体

1. MSIX的表结构体

                表 2-2 MSIX 表结构体

1. MSIX的PBA结构体

                        表 2-3 MSIX的PBA结构体

    一个function设备通过执行一个4字节的内存写事务来向host发起一个MSI中断请求服务。这个写事务的4字节的内容来源于表结构体的entry的消息data域。Entry的高32位地址和32位消息地址组成这个这个事务要发往的目的地。对这个地址读会产生未定义的结果。

    用来存放MSIX表或者MSIX PBA的BAR或者enhanced allocation capability里的entry也可以映射一些与MSIX无关的地址空间。在这些地址空间必须不能与MSIX结构体所在的地址空间共享任何4KB对齐的地址范围里的同一地址空间。MSIX表和PBA可以共存在一个4KB对齐的地址范围，但是他们所在的空间不能重合。

1. 专用BARs和地址范围隔离

    为了使系统软件能够映射MSIX结构体到不同的处理器页表来提供访问控制的能力。建议一个function专门将MSIX表和PBA分离开。或者在他们之间提供一个最小的隔离地址范围。

    如果不能够获得专门的分开的BAR空间来分别存放表和PBA, 建议function专门使用一个单独的BAR来存放MSIX和PBA。

如果不能够获得一个专门的BAR，建议一个function使用8KB对齐的地址范围来隔离MSIX结构体和非MSIX结构体。

例如：如果一个BAR需要映射2KB的地址空间到 一个包含有128个entry的MSIX表，16字节来存放PBA(总共128位)，并且还有64字节的与MSIX无关的寄存器，下面是一个可接受的实现 :

BAR请求总共8KB地址空间。映射第一个64字节来存放非MSIX的寄存器。在偏移4KB的地方映射表，在偏移6KB的地方映射PBA。

对于共享的BAR来说，一个较好的实现是：请求总共16KB的地址空间。映射前64字节来存放非MSIX的寄存器。在偏移8KB的地方映射MSIX表，在偏移12KB的地方映射PBA。

1. 在读/写内存中的MSIX内存空间结构体

    为了简单性和灵活性，MSIX表和PBA结构体可以被定义在设备的一块通用目的的读/写内存空间。为了实现这个目的，所有包含的区域没有哪一处要求是只读的，但是在对齐和长度大小方面有限制。

    对于MSIX表和PBA的所有访问，软件必须使用DWORD对齐挥着QWORD对齐的事务；否则将会产生未定义的结果。

    MSIX表入口和PBA都是从0到N -1 编号，N-1由MSIX控制寄存器中的table size域的大小决定。对于一个给定的任意的表的entry，它的起始地址可以通过下面的公式计算：

       entry_start_address  =  table_base + K * 16

对于相关联的pending位K，用于QWORD访问的地址和在QWORD里面的位的编号可以通过下面的公式计算：

       QWORD address  =  PBA_base + (K / 64) * 8

       QWORD bit#  =  K % 64

软件选择读使用QWORD访问来读取pending位K，可以使用如下公式：

DWORD address = PBA_base + (K / 32) * 4

DWORD bit#  = K / 32

1. MSIX capability 头（偏移00h）

MSIX capability 结构体通过MSIX capability header将自己登记到PCI配置空间的capability 列表中的。

15                    8	7                      0
Next Capability Pointer	Capability ID

             表 2-4 MSIX capability Header

描述同1.1.1

MSIX的Capability ID 是0x11。

1. MSIX 的消息控制寄存器（偏移04h）

默认的，MSIX是禁止的，如果MSI和MSIX都禁止了，那么function的请求服务将会由INTx来执行（如果支持INTx功能的话）。系统软件可以通过设置这个寄存器的bit 15来使能MSIX。系统软件可以修改消息控制寄存器的读写域段，设备驱动不允许修改消息控制寄存器的RW域段（HOST可以改，slave不允许改RW区域）。

                  表 2-5 MSIX的消息控制寄存器

bit位置	寄存器域名	描述	属性
10:0	Table size	系统软件读取这个域来决定MSIX的表的size N，例如，返回值00000000011b表示表的大小是4。	RO
13:11	保留	读返回0，写没有影响	保留
14	Function mask	如果设置了这个总的mask开关，那么与这个function相关联的所有的向量都会被mask，而不管它的每个位的mask如何设置。	RW
15	MSIX enable	同MSI enable，优先级较高	RW

1. MSIX 的消表偏移/表BIR寄存器（偏移04h）

bit位置	寄存器域名	描述	属性
2:0	表BIR	BIR用来指示是哪一个BAR，或者BEI（用来指示是哪一个entry） 对于32位的bar 0 --- 10h 1 --- 14h 2 --- 18h 3 --- 1ch 4 --- 20h 5 --- 24h 6 --- 保留 对于64位的BAR来说，表BIR指示低32位。对于type1类型的function, BIR的值2到5是保留的。（type1配置空间只有BAR0、BAR1）	RO
31:3	表偏移	相对BAR地址的偏移。Bit 5:3被设置为0来保证偏移地址是32位对齐的。	RO

1. MSIX 的PBA偏移/PBA_BIR 寄存器（偏移08h）

bit位置	寄存器域名	描述	属性
2:0	PBA BIR	BIR用来指示是哪一个BAR，或者BEI（用来指示是哪一个entry）用来映射function的MSIX PBA到内存空间。 对于64位的BAR来说，表BIR指示低32位。对于type1类型的function, BIR的值2到5是保留的。（type1配置空间只有BAR0、BAR1）	RO
31:3	PBA偏移	相对BAR地址的偏移。Bit 5:3被设置为0来保证偏移地址是32位对齐的。	RO

1. MSIX表入口的消息地址寄存器

     32位的message address， 最低两位固定为0来满足32位地址对齐。

1. MSIX表入口的消息高32位地址寄存器

     32位的地址

1. MSIX表入口的消息data寄存器

32位的data，由系统指定消息data的值。对于MSIX消息，MSIX表entry里面的data的内容指明了内存写事务里的32位的负载的值。所有的4个字节的使能被设置。与MSI消息使用的message data不同的是， MSIX的data的低位不能被function修改。

1. MSIX的向量控制寄存器

如果一个function实现了一个TPH请求capability结构体和一个MSIX capability 结构体，那么这个function可以有选择性地使用向量控制寄存器来存储一个steer tag.

bit位置	寄存器域名	描述	属性
0	Mask 位	每个位的mask开关，默认的置1，表示mask。当这个位被mask了，function将会禁止使用MSIX表entry来发送一个消息，但是其他entry不受影响。其他entry也可以发送相同的向量号消息。	RW
15:1	保留	现在必须是0，将来扩展使用	RW或者保留
23:16	ST lower	如果function实现一个TPH请求capability结构体，并且ST表的位置指示值是10b,那么这个域包含ST的低8位并且必须是RW的。 否则，保留为将来扩展使用。
31:24	ST upper	如果function实现了一个TPH请求capability结构体，并且ST表位置 指示值是10b, 并且扩展的TPH请求支持位被设置了，那么这个域包含ST的高8位并且必须是RW的。 否则，RW/保留。

1. MSIX的PBA入口的pending bits寄存器

  64位的Pending Bits。

对pending bits里面设置了的每个位，function有一个关联MSIX表entry的pending 消息。

对于没有关联MSIX表entry的位则保留。默认的，保留的pending位必须是0。

软件不能写这个寄存器，只能读。

1. Host端软件实现

3.1 MSI的软件实现

Package文件中含有软件的实现。

3.2 MSIX的软件实现