PCIe LTSSM详解：链路训练与状态管理机制

PCIe LTSSM详解：链路训练与状态管理机制

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/dongdongnihao_/article/details/145358992

链路训练和状况状态机LTSSM（Link Training and Status State Machine）是整个链路训练和运行中状态的状态转换逻辑关系图，总共有11个状态。

LTSSM：

包括检测（Detect），轮询（poling），配置（configration），L0，L0s，L1，L2，恢复（Recovery），环回（Loopback），热复位（Hot Reset），禁用（Disable）；L0是链路正常运行的状态，从配置到L0（即图中的绿色箭头）即是链路训练的过程。

整个LTSSM状态很多，且多个状态可以互相的转换，初步看上去很复杂，我们简单归纳一下，分成几类：

训练状态类：包括Detect，polling，configuration。

• Detect：当PCIe链路被复位或者通过填写某些寄存器，将进入该状态，开始侦测对端设备是否存在，PCIe如何发现链路的另外一端有设备存在呢，其实是一个充电时间侦测，发送端拉高D+和D-信号的电压到600mv，如果没有接受端存在或者接受端没上电，发送端电压很快上升到600mv，但如果有接收端存在，因为有AC电容的存在，会经过一个充电时间后才上升到600mv；
• polling：侦测到对端设备后，进入该状态，向对端发送TS1/TS2序列，并接收对端发送过来的TS1/TS2序列，以确定Bit/Symbol Lock，lane的极性，并进行Loopback测试。
• Configration：进入该状态将确定链路的宽度，link number，lane reversal，polarity inversion和lane-lane的延时，至此链路两端还是2.5GT/S的速度。

工作状态：L0，PCIe链路的正常工作状态；

重新训练类：Revovery，链路有异常时，可能需要重新训练，会进入Recovery，从L0s，L1返回到L0，也需要先进入到Recovery。

• Recvery：PCIe链路需要重新协商链路状态时，进入该状态；

电源管理状态类：L0s，L1，L2，如果设备进入了低功耗如D1/D2等，链路则相应进入L1，L2状态；

• L0s，L1，L2都是低功耗状态，L0s功耗最高，L2功耗最低。

ASPM类：L0s和L1，ASPM即活动电源管理，负责链路的低功耗状态，如IDLE状态；

其他类：Loopback，Hot Reset，Disabled，环路通常用作链路端口的自检，Hot Reset则是由带内发起的复位；

• Disable：系统软件可以进入此状态，对端设备拔出也进入此状态；
• Loopback：进入该状态，接收端口的数据被转发到发送端口，以利于测试用途；
• Hot reset：系统启动该状态，先进入Recovery状态，在进入Hot reset状态，链路重新初始化

需要注意的是：在从Detect到L0之前，链路肯定是link down的，其中configuration可能是UP，也可能是down，在L0之后，L1,L2,L0s，recovery状态下链路均是Link up的，特殊的几个模式：Loopback，Hot Reset和disable则是linkdown的，up/down在图中用绿色/黑色的椭圆外形表示；
在一致性测试中，进行测试的原理是使设备进入Polling状态下的polling Cmpliance状态，该状态基本是一个故障状态，PCIe发送端会不发送测试pattern出来，从而可以进行眼图测试；

关于TS1，TS2的详细解释有助于理解链路的link up过程：

TS1 和 TS2 分别在什么状态下发送的

在 PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) 链路训练过程中，TS1 (Training Sequence 1) 和 TS2 (Training Sequence 2) 训练序列的发送与链路训练状态机（LTSSM, Link Training and Status State Machine）的状态密切相关。以下是 TS1 和 TS2 在不同状态下的发送规则：

1. Detect 状态

行为：

• EP 和 RC 检测物理链路是否存在。
• 通过发送 Electrical Idle 信号来检测对端设备。

TS1/TS2 发送：

• 在 Detect 状态下，不发送 TS1 或 TS2。

2. Polling 状态

行为：

• EP 和 RC 开始链路训练，协商链路参数（如速率、宽度等）。
• 双方通过发送 TS1 序列来交换信息。

TS1/TS2 发送：

• TS1：在 Polling 状态下，EP 和 RC 持续发送 TS1 序列。
• TS2：在 Polling 状态下，不发送 TS2。

退出条件：

• 当双方接收到足够数量的 TS1 序列并确认链路参数后，进入 Configuration 状态。

3. Configuration 状态

行为：

• EP 和 RC 确认链路参数（如 Lane 映射、极性、速率等）。
• 完成 Lane 的同步和对齐。

TS1/TS2 发送：

• TS1：在 Configuration 状态的早期阶段（Configuration.LanenumWait 和 Configuration.LanenumAccept），EP 和 RC 继续发送 TS1 序列。
• TS2：在 Configuration 状态的后期阶段（Configuration.Complete），EP 和 RC 开始发送 TS2 序列，以确认链路参数。

退出条件：

• 当双方接收到足够数量的 TS2 序列并确认链路参数后，进入 L0 状态（正常工作状态）。

4. Recovery 状态

行为：

• 当链路需要重新训练时（例如速率切换或错误恢复），进入 Recovery 状态。
• 重新协商链路参数。

TS1/TS2 发送：

• TS1：在 Recovery 状态下，EP 和 RC 发送 TS1 序列，重新协商链路参数。
• TS2：在 Recovery 状态下，EP 和 RC 也可能发送 TS2 序列，以确认重新协商的参数。

退出条件：

• 当链路重新训练成功后，返回 L0 状态。

5. L0 状态

行为：

• 链路正常工作状态，EP 和 RC 可以进行数据传输。

TS1/TS2 发送：

• 在 L0 状态下，不发送 TS1 或 TS2。
• 如果需要重新训练链路（例如速率切换或错误恢复），会进入 Recovery 状态。

6. 其他状态

L0s/L1/L2 状态：

• 这些是低功耗状态，链路处于休眠或关闭状态。
• 在退出低功耗状态时，可能会发送 TS1 序列以重新同步链路。

Hot Reset 状态：

• 在热复位过程中，EP 和 RC 会发送带有 Hot Reset 标志的 TS1 序列。

7. 总结

TS1：

• 主要在 Polling 状态和 Configuration 状态的早期阶段发送。
• 用于链路参数的初始协商和同步。
• 在 Recovery 状态中也会发送，用于重新训练链路。

TS2：

• 主要在 Configuration 状态的后期阶段发送。
• 用于确认链路参数。
• 在 Recovery 状态中也可能发送，用于确认重新协商的参数。

通过 TS1 和 TS2 的发送和接收，PCIe 设备能够完成链路的初始化、参数协商和错误恢复，最终建立稳定的通信链路。

TS1 和 TS2 的通用结构

TS1 和 TS2 训练序列都是 16 字节的固定格式数据包，包含以下字段：

1. Symbol 0: COM (Comma Symbol)

• 用于标识训练序列的开始。
• 固定值为 K28.5（10b 编码为 1100000101）。

2. Symbol 1: Lane Number

• 表示当前 Lane 的编号。
• 在 Polling 和 Configuration 状态中，Lane Number 可能被设置为 PAD（未分配）。

3. Symbol 2: Link Number

• 表示当前 Link 的编号。
• 在 Polling 和 Configuration 状态中，Link Number 可能被设置为 PAD。

4. Symbol 3: N_FTS (Number of Fast Training Sequences)

• 表示从 L0s 低功耗状态恢复到 L0 状态所需的 TS1 序列数量。
• 用于电源管理。

5. Symbol 4: Data Rate Identifier

• 表示支持的链路速率。
• 例如：
• 0001：2.5 GT/s（Gen1）
• 0010：5.0 GT/s（Gen2）
• 0100：8.0 GT/s（Gen3）
• 1000：16.0 GT/s（Gen4）
• EP 和 RC 通过该字段协商链路速率。

6. Symbol 5: Training Control

• 包含控制信息，如：
• Hot Reset：指示是否发起热复位。
• Disable Link：指示是否禁用链路。
• Loopback：指示是否进入环回模式。

7. Symbol 6-13: Lane and Link Specific Information

• 包含 Lane 和 Link 的特定信息，如：
• Lane 极性（Polarity）。
• Lane 反转（Lane Reversal）。
• Lane 映射（Lane Mapping）。

8. Symbol 14: CRC (Cyclic Redundancy Check)

• 用于错误检测的 CRC 校验值。

9. Symbol 15: End of Training Sequence (EOS)

• 标识训练序列的结束。