Felix

技术源于积累,成功始于执着! 个人邮箱:justlxy@mail.dhu.edu.cn QQ:1576109464

PCIe扫盲——链路初始化与训练基础(三)之LTSSM

1
阅读(1695) 评论(0)

目录篇地址为:http://blog.chinaaet.com/justlxy/p/5100053481


这一篇文章来简单地介绍一下链路训练状态机(Link Training and Status State Machine,LTSSM),并简要地介绍各个状态的作用和实现机制。

LTSSM有11个状态(其中又有多个子状态),分别是Detect、Polling、Configuration、Recovery,L0、L0s、L1、L2(L3是可选的)、Hot Reset、Loopback和Disable状态。系统进行复位操作(Cold, Hot or Warm Reset)后,会自动进入Detect状态。

这11个状态又可以被分为以下五个类别:

1、链路训练状态(Link Training State);

2、重训练状态(Re-Training(Recovery) State);

3、软件驱动功耗管理状态(Software Driven Power Management State);

4、活动状态功耗管理状态(Active-State Power Management State,ASPM State);

5、其他状态(Other State);

如下图所示:

blob.png

下面分别简要地介绍一下各个状态:

首先是Detect:

前面说到,系统进行复位操作(Cold, Hot or Warm Reset)后,会自动进入Detect状态。在这个状态中,PCIe设备会去检测自己Link的另一端是否存在其他PCIe设备。换句话说,就是检测有么有其他的PCIe设备与其相连接。如下图所示:

blob.png

Polling:

在该状态中,PCIe设备会依次发送TS1OS和TS2OS以实现以下目标:

1、位锁定(Bit Lock);

2、字符锁定(Symbol Lock);

3、信号极性翻转(Polarity Inversion),如果需要的话;

4、确定各个设备支持的速率(Data Rates)。

如下图所示:

blob.png

Configuration:

在该状态中,PCIe设备会依次发送TS1OS和TS2OS以实现以下目标:

1、确定链路宽度(Link Width);

2、分配通道(Lane)号;

3、通道位置翻转(Lane Reversal),如果需要的话;

4、通道对齐(Lane-to-Lane De-skew)。

如下图所示:

blob.png

L0:

这是链路(Link)的正常状态(Normal and Full-Active State),所有的TLP、DLLP和Ordered Sets都可以被正常的收发。该状态下,速率可以是2.5GT/s或者是5GT/s(如果链路两端设备都支持的话,且经过了Re-Trainning)。

Recovery:

这个状态用于Re-Trainning,因此Re-Trainning可能会改变原有的速率,所以位锁定(Bit Lock)和符号锁定(Symbol Lock)操作都会被重新进行,但是花费的时间要比第一次少很多。

其内部的子状态转移图如下图所示:

blob.png

L0s:

该ASPM状态主要用于降低功耗,在总线空闲的时候可以进入该状态,且从该状态可以迅速地重新切换回L0状态。当在L0状态是,链路上出现EIOS时,则表明即将进入L0s状态。当在L0s状态时,链路上出现FTS时,链路会迅速地完成位锁定和符号锁定,并进入L0状态。

发送端如下图所示:

blob.png

接收端的示意图如下:

blob.png

L1:

相对于L0s状态,L1状态下的功耗更低。进入L1状态需要链路两端的PCIe进行“沟通”,只有双方都“同意”进入该状态,链路才会进入该状态。一般有以下两种方式:

1、第一种是由ASPM引导,硬件自动完成的。发送端发现链路上长时间没有TLP或者DLLP时,便通过ASPM建议接收端进入L1状态。如果接收端“同意”了,则链路进入L1状态;如果接收端“不同意”,则链路进入L0s状态。

2、第二种是有软件引导的,软件发送一系列的命令让链路进入低功耗状态(D1,D2,or D3 Hot)。随后,链路的上端设备会通知下端设备进入L1状态,收到来自下端设备的应答后,链路进入L1状态。

如下图所示:

blob.png

L2:

L2状态下的链路功耗更低,因为其只保留了Vaux,关闭了链路的其他功能。此时,需要Beacon信号或者WAKE#边带信号来唤醒系统。其中Beacon信号是一种低频信号(30KHz~500MHz),其波形图如下图所示:

blob.png

注:此外,还有一个L3状态,不过其实际上已经不属于LTSSM了。由于L3状态连Vaux都关闭了,一旦进入L3状态,实际上和直接关闭PCIe设备的电源没有什么太大的差别了。

L2的子状态转移图如下图所示:

blob.png

Loopback:

该状态主要用于测试,这里就不详细介绍了。

Disable:

该状态中链路被禁止,此时发送端处于电气空闲状态(Electrical Idle State),而接收端处于低阻状态(Low Impedance State)。进入该状态的原因可能是链路连接不稳定,或者链路中的某个设备被移除,如PCIe卡从插槽中拔出。

Hot Reset:

软件可以通过将桥控制寄存器(Bridge Control Register)中的Secondary Bus Reset位置位来复位链路。随后,桥下端的PCIe设备发送TS1OS,其中的Training Control中包含了Hot Reset的信息。当接收端发现连续的两个TS1OS中都包含Hot Reset时,链路随后进入复位状态。


注:本文只是对LTSSM进行了简单的介绍,关于具体的每一个状态内部是如何实现的,请参考PCIe Spec相关章节。