9.11 RCD 枚举 (RCD Enumeration)

核心设计问题：如何将 CXL 设备“无缝”地集成到现有系统中？

在 CXL 诞生之初，设计者面临一个核心挑战：如何让一个采用全新协议的 CXL 内存或加速器设备，能够被那些不认识 CXL 的传统操作系统（Legacy OS）所接受和使用？如果要求所有系统立即升级才能使用 CXL，那将极大地阻碍其推广。

解决方案：RCD (受限 CXL 设备) 模式。

RCD 模式的全部设计，都是为了解决这个问题。它的核心思想是“隐藏复杂性，提供简单抽象”。它通过一系列机制，让 CXL 设备“伪装”成一个简单的、标准的 PCIe 设备，并将所有复杂的 CXL 相关配置工作，都交由万能的系统固件 (System Firmware) 在幕后完成。

分步解析：RCD 枚举中的“问题”与“解决方案”

问题一：如何向传统操作系统“隐藏”CXL 链路？

• 挑战: 一条 CXL 链路有自己的上游端口和下游端口，如果像标准 PCIe 交换机那样暴露给操作系统，传统 OS 会不认识这些 CXL 特有的端口类型，导致枚举失败或行为异常。

• 解决方案: 抽象为 RCIEP (根联合体集成端点)。

• 规范规定，在 RCD 模式下，CXL 链路两端的端口（RCH 下游端口和 RCD 上游端口）对传统 OS 的标准 PCIe 枚举流程是不可见的。

• 整个 RCH-RCD 物理结构，在 OS 看来被打包成了一个标准的 ACPI 主机桥 (Host Bridge)，而 CXL 设备本身则表现为一个根联合体集成端点 (RCIEP)。

• 这样，OS 就像看到了一个直接集成在 CPU 上的设备，它只需要使用标准的 PCIe 流程来处理这个 RCIEP 即可，完全无需理解背后的 CXL 协议。

图 9-4 直观地展示了这种隐藏机制

问题二：如果 OS 看不见链路，由谁来配置它？

• 挑战: 既然链路被隐藏了，那么链路的训练、参数配置等初始化工作必须有人完成。

• 解决方案: 系统固件全权负责。

• 固件拥有“上帝视角”，它可以通过内存映射 I/O (MMIO) 的方式，直接访问和配置那些被隐藏的 RCH/RCD 端口寄存器。

• 整个枚举流程在 OS 启动前由固件主导完成，包括两个关键阶段：

1. 中继器 (Retimer) 检测: 固件通过一个“试错-校准-重试”的软件流程，来精确地配置链路中的中继器数量，以确保物理链路的稳定。

2. RCD 功能配置: 固件解析设备的 CXL 能力，并进行配置。

问题三：固件如何处理耗时长的内存初始化，而又不拖慢整个开机过程？

• 挑战: DRAM 内存初始化（如 training）可能需要很长时间。如果固件在开机自检（POST）阶段死等这个过程，会大大延长用户的开机等待时间。

• 解决方案: 提供两种内存初始化模式 (Mem_HwInit_Mode)。

• *硬件初始化模式 (Mode=1):* 这是简单直接的模式。设备硬件自己负责初始化。固件的责任就是等待硬件发出 Memory_Active（内存已激活）信号。这种模式适用于初始化速度快的设备。

• 软件初始化模式 (Mode=0): 这是更灵活的模式，用于解决耗时长的初始化问题。

1. 固件在 POST 阶段不等待内存初始化完成。它仅为内存规划好地址空间，然后就继续引导操作系统。

2. 此时的内存是“离线”状态，无法访问。

3. 真正的初始化任务被推迟到更高层的软件阶段，由 UEFI 驱动或操作系统驱动来接管。

4. 这些驱动在后台慢慢执行初始化，完成后再通过特定命令激活内存。这样，用户可以先进系统，而内存则在后台“准备就绪”。

问题四：如何处理更复杂的物理拓扑（如多链路）？

• 挑战: 一个设备可能通过多条链路连接到一个或多个 CPU，如何向 OS 呈现这种复杂性？

• 解决方案: 扩展“主机桥”抽象。

• 单 CPU，双链路: 这种物理结构被抽象为两个独立的主机桥。这为固件提供了架构选择：可以将内存配置为两个独立区域，或者为了追求极致性能，配置为在两条链路间交织的单个高速内存区域。

• 双 CPU，双链路: 同样抽象为两个主机桥。但这里有一个严格的性能约束：为了避免昂贵的跨 CPU 缓存窥探，内存绝不跨链路交织。每个内存区域都被严格地视为其直连 CPU 的“本地内存”。

问题五：如何让为动态 VH 模式设计的设备，在静态 RCD 模式下工作？

• 挑战: 设备厂商可能希望设计一款能同时兼容动态 VH 模式和静态 RCD 模式的设备。但这两种模式的寄存器布局和访问方式完全不同，如何解决这个矛盾？

• 解决方案: 提供两种兼容性设计方案。

• 方案一：主动适配

设备足够“智能”，当它检测到自己工作在 RCD 模式下时，会主动重映射 (Remap) 自己的内部寄存器，使其布局和访问方式完全符合固件对原生 RCD 设备的预期。固件无需任何特殊操作，即可正常使用。

• 方案二：被动告知

设备保持其 VH 模式的寄存器布局不变。当固件尝试访问 RCD 模式下“预期”的寄存器地址时，设备会返回一个特殊的“无效”值——FFFFFFFFh。这个值像一个暗号，告诉固件：“我不是原生 RCD，请用别的方法来找我的真实寄存器。”

• 固件的应对: 固件通过读取一个特定地址，检查返回值是否为 FFFFFFFFh，就能轻松判断设备采用了哪种方案，并采取相应的后续操作。

通过上述一系列精心设计的“问题-解决方案”，RCD 模式成功地在确保对旧系统向后兼容性的同时，为 CXL 设备的静态集成提供了一条清晰、稳健且可行的路径。