PCIe 总线的 ASPM 和 PM 机制总结

PCIe 总线的 ASPM 和 PM 机制总结

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_47877869/article/details/144310766

PCIe（高速外设互连）总线中的ASPM（主动状态电源管理）和PM（电源管理）是两种主要的电源管理机制，它们各自独立但又可以协同工作，以优化设备的电源消耗。本文将详细解析这两种机制的关系和差异。

1. ASPM（主动状态电源管理）

• 作用范围：链路层（Link）。
• 目标：在保持链路活跃状态的同时，动态调节链路电源，降低空闲时的功耗。
• 机制：
• ASPM 提供了L0s和L1两种低功耗状态：
• L0s：单方向链路进入低功耗状态，恢复时间最短，功耗减少有限。
• L1：双向链路均进入低功耗状态，恢复时间稍长，功耗降低显著。
• 更高级的L1 Substates (L1.1, L1.2)能进一步降低功耗。
• 触发条件：通过硬件自动检测链路空闲状态，无需软件干预。
• 配置方式：
• ASPM 是链路双方（Root Complex 和 Endpoint）协商决定的。
• 操作系统可以通过 pcie_aspm 参数影响 ASPM 设置。
• 优点：
• 实现了透明、硬件自动化的电源管理。
• 不中断数据传输，不需要系统进入深度休眠。

2. PM（电源管理）

• 作用范围：设备和系统层（包括 Function 和整个链路）。
• 目标：通过软件控制设备或整个链路进入低功耗状态。
• 机制：
• 提供了多个电源状态（Power States），包括：
• D0：设备完全运行。
• D1/D2：中等功耗状态（少见）。
• D3hot/D3cold：设备休眠或完全断电。
• 使用PCI PM Capabilities和 ACPI 接口实现。
• 触发条件：操作系统或设备驱动通过 ACPI 或 PM 软件接口发送命令。
• 配置方式：
• 操作系统管理设备电源状态。
• 通过 lspci 或设备驱动进行 PM 配置。
• 优点：
• 功耗降低幅度大，适合设备空闲时间较长的情况。
• 可支持设备完全断电。

3. ASPM 和 PM 的关系

4. ASPM 和 PM 状态的关系列表

4.1 ASPM 和 PM 的协同工作

• 设备短暂空闲：
• PM 保持设备在 D0。
• ASPM 自动调整链路到 L0s 或 L1。
• 设备长期空闲：
• PM 将设备转入 D3hot 或 D3cold。
• 如果是 D3hot，链路仍可能保持 L1 状态。
• 如果是 D3cold，链路完全关闭，无 ASPM 状态。
• 深度节能模式：
• 使用 PM 将设备设置为 D3hot 或 D3cold。
• 如果支持 L1 Substates（L1.1, L1.2），可进一步降低链路功耗。

4.2 实际应用中的协同

• 链路空闲时间较短（短暂数据暂停）：
• ASPM 自动激活，进入 L0s 或 L1 状态。
• PM 保持设备在 D0 状态。
• 链路空闲时间较长（设备休眠）：
• 操作系统通过 PM 将设备设置为 D3hot/D3cold 状态。
• 此时，ASPM 不再工作，因为链路被完全关闭。
• 链路复用场景：
• 如设备可能频繁进入空闲状态但需要快速恢复，ASPM 是主要机制。
• 如设备在很长一段时间不需要活动，PM 是主要机制。

4.3 重点分析：D3cold 时 ASPM 状态

• 状态描述：
• 设备进入 D3cold 状态时，链路被完全断电，不再存在活动的 ASPM 状态。
• 链路无法维持低功耗状态（如 L1 或 L1.2），因为电源已被切断。
• Vaux 的作用：
• 如果设备支持 Vaux 电源，它可以为某些逻辑（如唤醒功能）提供电力，但这不属于 ASPM 的管理范畴。