PCI Express 学习篇_物理层 LTSSM（1）：Recovery 子状态介绍

写在前面

笔者在工作中需要包个 PCIe wrapper，正在努力飞快学习 PCIe ing.
本文系转载，略做格式调整与增加解释，转自https://blog.csdn.net/weixin_48180416/article/details/116462197
相应内容可参考：

MindShare，_PCI Express System Architecture_ 第十四章。
《PCI Express 体系结构导读》第八章

转载正文

物理层逻辑子层包含用于链路训练的状态机(LTSSM)如下图所示，本篇详细介绍Recovery的子状态。

Recovery主要有以下几个子状态：

Recovery.RcvrLock
Recovery.RcvrCfg
Recovery.Speed
Recovery.Equalization
Recovery.Idle

其中，Recovery.Equalization将在下一篇博文详细介绍。
Recovery.RcvrLock
从L0,L0s,L1进入的第一个状态就是RcvrLock。
进入Recovery的原因有以下几类：

从L1状态退出回到L0,因为L1没有FTS序列不能像L0s一样快速回到L0，所以必须通过Recovery再回到L0；
从L0s退出，需要的时间内FTS序列没能成功Lock(Bit Lock, Symbol Lock/Block Alignment)会进入Recovery;
从L0进入Recovery:

最初的到2.5GT/s的训练完成后，如果支持更高速率就会进入Recovery;
请求速率改变或link宽度的改变（一种为了省功耗,例如x16配置为x1,在L0状态的x1甚至比L0s下的x16更加省功耗，另外一种是目前的速率或link宽度不可靠unreliable）;
软件设置Link Control Register.Retrain Link（为了清除传输问题）;
链路层REPLAY_NUM rollover, PHY层Retrain Link;
Link partner进入Recovery状态而收到TS1或TS2;
Receiver所有的Configured Lane进入Electrical Idle（2.5GT/s时是电压阈值，5GT/s时是128us没收到FC Update DLLP或可选的SKP）但是没有事先收到EIOS.

RcvrLock状态的功能: 发送TS1重新Lock, TS1中的Link Num和Lane Num与Configuration状态下的需要一致。还有其他的一些功能：

5GT/s时可以TS1中选择-3.5dB/-6dB De-emphasis;
选择Transmitter Voltage Magin;

链路的带宽包含两个方面：速率和link宽度

以 Speed Change 时进入 Recovery 状态为例

以下介绍Speed Change时LTSSM的状态，有助于更好的理解Recovery的子状态

LTSSM在Polling状态时交互TS1，TS1中包含Rate ID，表示支持的速率，2.5GT/s是必须支持的，在Rate ID字段中：

bit 6 ---“Autonomous Change”表示链路的带宽改变是由于Power Management,不是因为链路可靠性问题；
bit 7 ---"Speed change" USP用来请求speed change

Speed Change 方式一：USP发起的Speed Change（硬件自主发起）

Speed change必须有USP来发起，通过Recovery状态来完成，以2.5GT/s-->5GT/s速率改变为例（因为5GT/s不包含EQ，所以会简化这个过程）

1. RcvrLock：交互TS1

USP (UPstream Port, 此处指 RC) 发起，USP的Directed Speed Change=1，LTSSM先进入RcvrLock，发送TS1（包含支持的速率，speed change=1）

DSP (Downstream Port，此处指 EP) 收到TS1后，LTSSM进入RcvrLock，由于TS1中的speed change=1故将其Directed Speed Change也设置为1，也发送TS1给USP

2. RcvrCfg: 交互TS2

当USP检测到回复的TS1，LTSSM进入RcvrCfg，USP发起TS2，TS2中Speed Change=1，如果不是因为链路可靠性问题进入Recovery的话，设置Autonomous Change=1

当DSP检测到TS2，LTSSM进入RcvrCfg，DSP也发送TS2给USP，但是Autonomous Change字段是保留字段。

3. Speed: 改变速率

每个Port交互了8个TS2后，双方知道下个状态应该进入Speed.

注：Link Status寄存器有两个状态位autonomous bandwidth status和bandwidth management status可以报状态也可以使能中断给软件，两个状态位区别：

bandwidth management是由于链路可靠性问题引起的带宽改变，而Autonomous不是。

Speed状态下，两个方向都进入Electrical Idle状态，并且改变速率。

4. RcvrLock and RcvrCfg: 再次进入TS1 TS2交互

当Speed状态timeout后，退出Electrical Idle，回到RcvrLock，重复1、2过程，但是不同的是TS1/TS2的Speed change=0

之后经过Idle子状态（发送Idle Symbols）后进入L0，完成Speed Change.

Speed Change 方式二：软件控制Speed Change

软件不能直接控制Speed Change过程，只能配置Link Control 2寄存器中的Target Link Speed来设置最高支持的速率，

然后设置Link Control寄存器Retrain Link，LTSSM从L0状态重新进入Recovery改变速率，跟上述过程一样。

如果不支持硬件自主改变速率，只采用软件控制的方式，设置Link Control 2寄存器中的Hardware Autonomous Disable=1

以 Link Change 时进入 Recovery 状态为例

以下介绍Link Width Change时LTSSM的状态

LTSSM在Configuration.Complete交互TS2，TS2中包含Rate ID，与TS1不同的是：

bit 6 ---“Link Upconfigure Capability”表示Link Parner是否支持Link width变宽，如果不支持的话，Link width就只能变窄，最适合出现链路可靠性问题的情况。

Link width change由USP发起，从L0进入Recovery再经过Configuration状态后回到L0状态；

1. RcvrLock->RcvrCfg->Speed->RcvrLock->RcvrCfg：交互TS1,TS2

这个过程与Speed Change过程基本相同，唯一的不同是TS序列中的Speed change=0

2. Recovery.Idle：USP发TS1，其中Link Num, Lane Num改为PAD

DSP继续发送Idle Symbols，USP不再发送Idle Symbols,而是发送包含Link Num=PAD, Lane Num=PAD的TS1，DSP收到后进入Config.Linkwidth.start。

3. Config.Linkwidth.start/accept, Config.Lanenum.wait/accept：交互TS1，确定active/inactive lane

Config.Complete：交互TS2，确认Link Num/Lane Num

Config.Linkwidth.Start

DSP发送TS1, 其中Link Num为Link width改变之前协商好的Link Num, Lane Num=PAD；
USP回复TS1, Link Num=PAD(inactive)或Link Num(active)；

Config.Linkwidth.Accept

DSP收到回复的TS1，进入Config.Linkwidth.Accept状态；

Config.Lanenum.Wait

DSP发送TS1, 其中 Link Num=PAD(inactive)或Link Num(active), Lane Num=PAD(inactive)或Lane Num(active);USP回复相同的TS1；

Config.Lanenum.Accept

DSP收到回复的TS1，进入Config.Lanenum.Accept状态；
DSP检测到Autonomous Change=1，更新autonomous bandwidth status，进入Config.Complete状态；

Config.Complete

对于Active Lane交互TS2，这个时候的TS2包含““Link Upconfigure Capability”信息，inactive lane进入Electrical Idle；
DSP收到回复的TS2进入Config.Idle，发Idle symbols，USP回复同样的Idle Symbols，然后双方进入L0

本篇总结

Speed Change状态跳转：

RcvrLock->RcvrCfg->Speed->RcvrLock->RcvrCfg->Idle->L0

Link Width Change状态跳转：

RcvrLock->RcvrCfg->Speed->RcvrLock->RcvrCfg->Idle->
Config.Linkwidth.Start->Config.Linkwidth.Accept->Config.Lanenum.Wait->Config.Lanenum.Accept->Config.Complete->Config.Idle->
L0

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原文链接：PCI Express学习篇---物理层LTSSM(一) Recovery子状态介绍

转载自：知乎
作者：小雨滴落落

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