PCIe学习（一）
PCIe学习（二）
PCIe学习（三）
PCIe学习（四）
PCIe学习（五）
PCIe学习（六）
PCIe学习（七）
5.2 电源管理事件（PME）
PCIe中的唤醒协议为EP提供了一种方法，来重新激活上游链路，并请求系统软件将其返回到D0，以便执行所需的操作。
有两种唤醒机制，一种是通过边带（Side-band）信号，第二种是通过带内（In-band）的PME（Power Management Event）消息。需要注意的是，PME消息本质上是Message类型，也就是说PME消息也是一种TLP，因此PME消息只能在链路处于L0状态下，才可以正常发送。
5.2.1 PME消息
PME消息由支持PME通知的设备发出。PME消息格式如下：
在PCIe 5.0中，PME消息如下：
实现PME机制需要有一个前提：相关PCIe设备能够在非D0状态下处理PME消息，且收发PME消息时，链路已经被唤醒，且进入了L0状态。
基本的PME流程如下（假定设备和系统能够生成PME，并且链路已经转换到L0状态）：
1、当前PCIe设备向上游端口发送PME消息；
2、该PME消息通过Switch（如果有的话），最后达到RC；
3、RC接收到了PME消息后，将其内容转发给主机内部的电源控制器（Power Management Controller）；
4、电源控制器一般通过中断方式通知电源管理软件。主机软件利用PME消息中的Requester ID来发起对PMSCR寄存器的读写操作，并使得对应的PCIe设备返回至D0状态；
5、在设备上下文由于处于低功耗状态而丢失的情况下，电源管理软件也可以通过调用设备驱动程序来恢复设备内的信息。
RC一般在接到PME消息后，将PME消息保存在一个队列中，等待电源管理软件来处理；电源管理会发起PMSCR寄存器的配置读取请求，待到配置读取请求完成后，该PME消息被移出队列。
上述过程可能会发生死锁问题，比如下面：
1.传入的PME消息已经填充了PME消息队列，但是已经从下游端口又发来了其它PME消息。
2.电源管理软件从RC发起配置读取请求，以从最早的PME请求者读取PME_Status。
3.相应的Completion必须根据事务排序规则，排在之前发布的PME消息之后。
4.RC无法接受新的PME消息，因为队列已满，因此路径暂时被阻塞。但这也意味着Completion无法到达RC，因此RC不能清除队列中较旧的条目。
5.RC无法取得任何进展，出现死锁。
那么如何消除PME的死锁可能性呢？如果RC总是接受新的PME消息，即使它们会溢出队列，也可以避免这个问题。在这种情况下，RC可以简单的接收并丢弃后面的PME消息。为了防止丢弃的PME消息永久丢失，发送PME消息的设备需要检测一个超时间隔，称为PME服务超时。这样，在EP看来只是PME服务没有被接受，EP端的软件可以选择继续发送PME消息。
5.2.2 链路唤醒
前面说过，发送PME要求链路必须在L0状态。当设备处于非D0状态时，链路不处于L0状态，比如设备状态D3cold对应的链路状态是L2或L3，此时就需要先唤醒链路。PCIe协议定义了两种触发非通信链路唤醒的方法：
ØBeacon：由AUX电源驱动的带内指示器。Beacon只是通知上游组件应该向软件通知唤醒请求的一种方式。当Switch在下游端口上接收到Beacon时，它们反过来在上游端口上发送Beacon，最终到达根复合体RC，产生一个调用PM软件的中断。
ØWAKE#信号：由AUX电源驱动的边带信号。该信号可以直接路由到RC或其它系统逻辑以通知PM软件。尽管希望尽量减少链接的引脚数量，但添加此额外引脚的动机很容易理解。原因是组件必须消耗辅助电源才能识别下游端口上的Beacon，然后将其转发到上游端口。在电池供电的系统中，即使系统不工作，辅助电源可能也会耗尽电池。在这种情况下，首选的解决方案是在发送唤醒通知时绕过尽可能多的组件，WAKE#引脚可以很好地实现这一目的。如果功率不是一个问题，使用WAKE#引脚可能不太合适
5.3 ASPM
ASPM（Active State Power Management）是一种基于硬件的链路节能机制，仅适用于设备处于D0设备电源状态时。进入和退出ASPM状态的转换由硬件根据具体实施标准启动；软件无法控制或观测此操作，只能使用配置寄存器的对应控制位来启用或禁用这一功能。
ASPM的两个低功率电源状态：
ØL0s：这种状态可以节省功率，但允许状态的快速进入和退出。主要方法是将Transmitter置于电气空闲状态。
ØL1 ASPM：比L0s状态的功率更低，但是状态进入和退出的延迟也更大。在此状态下，链路两端的Transmitter都置于电气空闲。
5.3.1 电气空闲
当发射机进入电气空闲，将停止驱动差分对信号，差分信号的电平将接近0V。根据节约功率的程度，链路电源状态处于L0s或L1.
5.3.1.1 发射机进入电气空闲
发射机在进入电气空闲之前，要通知链路另一端的接收机，否则接收机发现差分信号对没有被驱动，视为错误。发射机通过发送EIOS有续集，然后快速停止传输，将输出驱动器拉成三态（Tristate）。一旦发送了最后一个EIOS，发射机必须在8ns内进入电气空闲，并在该模式下保持至少20ns，无论数据速率是多少。电气空闲期间允许的差分峰值电压必须在0和20mV峰值之间，同样与数据速率无关，以减少接收机将线路上的噪声误解为有效信号的可能性。
在不同速率下，EIOS有续集的格式不同。
5.3.1.2 发射机退出电气空闲
当发射机退出电气空闲时，其所采取的步骤取决于所使用的数据速率。发射机必须在不到8ns的时间内通过发送FTS或TS1/TS2s恢复传输，从而导致转换回L0状态。
gen1：发射机开始使用有效的差分信号来发送TS1或FTS来通知接收机。接收机检测到电压高于静噪阈值，开始评估输入信号。
gen2：发射机发送EIEOS有续集
gen3：发射机同样是发送EIEOS有续集，但是格式与gen2时不一样
5.3.1.3 接收机进入电气空闲
当链路一端的发射机进入了电气空闲，另一端的接收机根据数据速率进行响应。两种电气空闲检测选项：
检测电气空闲电压
推测电气空闲
5.3.1.4 接收机退出电气空闲
接收器检测电压差以表示正常信号的恢复。当差分信号的峰值电压超过电空闲检测阈值时，将检测到退出电气空闲，该阈值允许在所有数据速率下设置在65和175mV之间。
在2.5 GT/s时，这个检测机制足够。但在更高的速率下，接收机不必依赖于该检测电路，除非在某些LTSSM状态期间或在以5.0 GT/s传输FTS序列之前的四个EIE符号期间接收EIEOS。有助于检测电气空闲退出的EIEOS的数量和时间取决于链路状态。
在电气空闲状态下，接收机的PLL失去时钟同步。当发射机退出电气空闲时，它发送FTS以退出L0s，或发送TS1/TS2s以退出所有其它链路状态。这样做为CDR逻辑提供了所需的转换条件，以重新同步接收机的PLL并实现位锁定和符号锁定或块对齐。
下图显示了链路状态转换，并突出显示了L0、L0s和L1之间的转换。请注意，从L0s到L1没有直接路径，因此L0s和L1之间转换必须先将链接返回到L0状态。
Link Capabilities寄存器有指示支持ASPM的字段。
软件可以配置Link Control寄存器的相关字段来启用或禁用ASPM。
5.3.2 L0s状态
L0s是链路电源状态，只能在硬件控制下进入，并应用于链路的单个方向。比如，对于设备向主机大量写入，而主机不需要经常访问设备的场景，可以让下游lane进入L0s状态。
5.3.2.1 进入L0s
对EP和Switch来说，空闲的定义不同。这样做的原因是希望在链路恢复时间通过Switch传播时尽量减少恢复时间。
事务层和数据链路层不知道物理层发送器是否已进入L0s，但触发向L0s转换的空闲条件必须从事务层和链路层持续报告给物理层，以便其能够及时做出选择。
需要注意的是，即使软件禁用了ASPM，端口在其接收机上也必须始终允许L0s。这允许链路另一端的启用了ASPM的设备仍然将链路的一侧转换为L0s状态。
5.3.2.2 退出L0s
如果发射机检测到空闲状态的条件不再成立，则必须启动从L0s到L0的退出。发射机发送一个或多个FTS有续集。FTS有续集的数量取决于链路训练时，双方协商的结果。在发送完一定数量的FTS之后，发射机将发送一个SOS。接收机此时应该能够建立比特锁定和符号锁定或块锁定，并且应该准备好恢复正常操作。
当Switch从下游端口接收到L0s到L0的转换请求，Switch须向上游端口请求L0s到L0的转换。当Switch从上游端口接收到L0s到L0的转换请求，Switch须向所有下游端口请求L0s到L0的转换。
5.3.3 L1 ASPM状态
L1 ASPM状态提供了比L0更深的节能，但具有更大的恢复延迟。这种状态导致链路的两个方向进入L1状态，并导致每个设备内的链路层和事务层去激活。
进入此状态是由上游端口请求的，例如来自EP或Switch的上游端口。下游端口响应该请求，并同意进入L1，或者通过与下游组件的协商过程拒绝该请求。退出L1 ASPM可以由下游端口或上游端口启动。
5.3.3.1下游组件决定进入L1 ASPM
规范并没有明确定义EP或Switch的上游端口决定进入L1 ASPM状态的所有条件。给出的要求包括：
支持并启用L1
已满足进入L1的设备特定要求
没有待传输的TLP
没有等待传输的DLL
如果下游组件是Switch，则在上游端口可以启动L1进入之前，Switch的所有下游端口必须处于L1或更高的节能状态。
5.3.3.2 协商进入L1 APSM
由于从L1 ASPM恢复所需的延迟较长，因此采用协商过程来确保链路另一端的端口启用L1 ASPM，并准备进入L1。协商包括发送几个数据包：
- PM_ Active_State_Request_L1 DLLP：下游端口发起此DLLP，启动协商过程
- PM_ Request_Ack DLLP：当上游端口满足条件时，返回此DLLP
- PM_Active_State_Nak message TLP：当上游端口不能进入L1 APSM，发送此消息
PCIe协议规定，发送TS1来退出电气空闲，从而链路退出L1状态。接收端口发送TS1来进行响应，并且物理层遵循其LTSSM协议来完成恢复状态并将链路返回到L0。
当Switch从下游组件接收到L1退出请求，Switch必须在1μs内返回TS1来响应下游端口的L1退出请求，同时必须在其上游链路上退出L1。
当Switch从上游组件接收到退出L1请求，Switch必须在1μs内返回TS1来响应上游端口的L1退出请求，同时必须向处于L1 ASPM状态的所有下游端口发送TS1。
5.3.4 ASPM退出延迟
在Link Status，Link Control，Link Capabilities，Device Capabilities寄存器中，有ASPM退出延迟的设置字段和指示字段。
今天就唠这么多吧~~
btw，前几天拿到了7.0 base spec。感叹一下，学不完，根本学不完。看来要从入门到放弃了。。。
END
作者：老秦谈芯
文章来源：老秦谈芯
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