在現代高性能計算和虛擬化系統中，地址轉換（Address Translation）是一個至關重要的機制。隨著 PCIe 設備（如 GPU、網卡、存儲控制器）直接訪問系統內存的能力增強，設備對虛擬內存的訪問需求日益增長。
為了提升性能并確保安全訪問，Address Translation Services（ATS） 應運而生。
ATS 是 PCIe 規范中的一項關鍵功能，允許設備（如 Endpoint）在訪問內存時自行進行虛擬地址到物理地址的轉換，而無需依賴 CPU 的 MMU（Memory Management Unit）或操作系統介入。這不僅提升了性能，也增強了設備的自主性和安全性。
在早期的 PCIe 架構中，設備（如網卡或存儲設備）只能通過 DMA（Direct Memory Access）訪問物理地址。這意味著設備必須依賴主機（Host）為它分配物理地址，或者由操作系統進行地址映射。
這種方式存在以下問題：
- 性能瓶頸
：每次地址轉換都需要主機介入，導致延遲增加。
- 虛擬化支持差
：在虛擬化環境中，多個虛擬機共享同一個物理設備，傳統的物理地址訪問方式難以滿足隔離和安全需求。
- 資源浪費
：需要為每個虛擬機預留連續的物理內存區域。
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為了解決上述問題，PCIe 3.0 引入了 Address Translation Services（ATS）。ATS 允許設備在訪問內存時，使用虛擬地址，并通過 IOMMU（Input/Output Memory Management Unit）進行地址轉換。設備可以緩存轉換結果（ATC，Address Translation Cache），從而減少頻繁的轉換請求，提高性能。
ATS 的實現依賴于以下關鍵組件：
| 組件 | 描述 |
| IOMMU | 輸入/輸出內存管理單元，負責將設備的虛擬地址轉換為物理地址。 |
| MMU | CPU 的內存管理單元，負責將 CPU 的虛擬地址轉換為物理地址。 |
| Translation Agent (TA) | 負責處理 ATS 轉換請求的實體，可以是 IOMMU 或 MMU。 |
| Address Translation Cache (ATC) | 設備內部緩存地址轉換結果的結構，類似于 CPU 的 TLB。 |
| Address Translation Protection Table (ATPT) | 存儲地址轉換信息的數據結構，由 TA 使用。 |
設備發起轉換請求（Translation Request）: 設備（如 Endpoint）向 Root Complex（RC）發送 ATS Translation Request，請求將虛擬地址轉換為物理地址。請求中包含虛擬地址、PASID（Process Address Space Identifier）、訪問權限等信息。
Root Complex 轉發請求至 Translation A
