這一篇文章來(lái)簡(jiǎn)單地介紹一下鏈路訓(xùn)練狀態(tài)機(jī)（Link Training and Status State Machine，LTSSM），并簡(jiǎn)要地介紹各個(gè)狀態(tài)的作用和實(shí)現(xiàn)機(jī)制。

LTSSM有11個(gè)狀態(tài)（其中又有多個(gè)子狀態(tài)），分別是Detect、Polling、Configuration、Recovery，L0、L0s、L1、L2（L3是可選的）、Hot Reset、Loopback和Disable狀態(tài)。系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位操作（Cold, Hot or Warm Reset）后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)入Detect狀態(tài)。

這11個(gè)狀態(tài)又可以被分為以下五個(gè)類別：

1、鏈路訓(xùn)練狀態(tài)（Link Training State）；

2、重訓(xùn)練狀態(tài)（Re-Training（Recovery） State）；

3、軟件驅(qū)動(dòng)功耗管理狀態(tài)（Software Driven Power Management State）；

4、活動(dòng)狀態(tài)功耗管理狀態(tài)（Active-State Power Management State，ASPM State）；

5、其他狀態(tài)（Other State）；

如下圖所示：

下面分別簡(jiǎn)要地介紹一下各個(gè)狀態(tài)：

首先是Detect：

前面說(shuō)到，系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位操作（Cold, Hot or Warm Reset）后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)入Detect狀態(tài)。在這個(gè)狀態(tài)中，PCIe設(shè)備會(huì)去檢測(cè)自己Link的另一端是否存在其他PCIe設(shè)備。換句話說(shuō)，就是檢測(cè)有么有其他的PCIe設(shè)備與其相連接。如下圖所示：

Polling：

在該狀態(tài)中，PCIe設(shè)備會(huì)依次發(fā)送TS1OS和TS2OS以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1、位鎖定（Bit Lock）；

2、字符鎖定（Symbol Lock）；

3、信號(hào)極性翻轉(zhuǎn)（Polarity Inversion），如果需要的話；

4、確定各個(gè)設(shè)備支持的速率（Data Rates）。

如下圖所示：

Configuration：

在該狀態(tài)中，PCIe設(shè)備會(huì)依次發(fā)送TS1OS和TS2OS以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1、確定鏈路寬度（Link Width）；

2、分配通道（Lane）號(hào)；

3、通道位置翻轉(zhuǎn)（Lane Reversal），如果需要的話；

4、通道對(duì)齊（Lane-to-Lane De-skew）。

如下圖所示：

L0：

這是鏈路（Link）的正常狀態(tài)（Normal and Full-Active State），所有的TLP、DLLP和Ordered Sets都可以被正常的收發(fā)。該狀態(tài)下，速率可以是2.5GT/s或者是5GT/s（如果鏈路兩端設(shè)備都支持的話，且經(jīng)過(guò)了Re-Trainning）。

Recovery：

這個(gè)狀態(tài)用于Re-Trainning，因此Re-Trainning可能會(huì)改變?cè)械乃俾?，所以位鎖定（Bit Lock）和符號(hào)鎖定（Symbol Lock）操作都會(huì)被重新進(jìn)行，但是花費(fèi)的時(shí)間要比第一次少很多。

其內(nèi)部的子狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下圖所示：

L0s：

該ASPM狀態(tài)主要用于降低功耗，在總線空閑的時(shí)候可以進(jìn)入該狀態(tài)，且從該狀態(tài)可以迅速地重新切換回L0狀態(tài)。當(dāng)在L0狀態(tài)是，鏈路上出現(xiàn)EIOS時(shí)，則表明即將進(jìn)入L0s狀態(tài)。當(dāng)在L0s狀態(tài)時(shí)，鏈路上出現(xiàn)FTS時(shí)，鏈路會(huì)迅速地完成位鎖定和符號(hào)鎖定，并進(jìn)入L0狀態(tài)。

發(fā)送端如下圖所示：

接收端的示意圖如下：

L1：

相對(duì)于L0s狀態(tài)，L1狀態(tài)下的功耗更低。進(jìn)入L1狀態(tài)需要鏈路兩端的PCIe進(jìn)行“溝通”，只有雙方都“同意”進(jìn)入該狀態(tài)，鏈路才會(huì)進(jìn)入該狀態(tài)。一般有以下兩種方式：

1、第一種是由ASPM引導(dǎo)，硬件自動(dòng)完成的。發(fā)送端發(fā)現(xiàn)鏈路上長(zhǎng)時(shí)間沒有TLP或者DLLP時(shí)，便通過(guò)ASPM建議接收端進(jìn)入L1狀態(tài)。如果接收端“同意”了，則鏈路進(jìn)入L1狀態(tài)；如果接收端“不同意”，則鏈路進(jìn)入L0s狀態(tài)。

2、第二種是有軟件引導(dǎo)的，軟件發(fā)送一系列的命令讓鏈路進(jìn)入低功耗狀態(tài)（D1，D2，or D3 Hot）。隨后，鏈路的上端設(shè)備會(huì)通知下端設(shè)備進(jìn)入L1狀態(tài)，收到來(lái)自下端設(shè)備的應(yīng)答后，鏈路進(jìn)入L1狀態(tài)。

如下圖所示：

L2：

L2狀態(tài)下的鏈路功耗更低，因?yàn)槠渲槐Ａ袅薞aux，關(guān)閉了鏈路的其他功能。此時(shí)，需要Beacon信號(hào)或者WAKE#邊帶信號(hào)來(lái)喚醒系統(tǒng)。其中Beacon信號(hào)是一種低頻信號(hào)（30KHz~500MHz），其波形圖如下圖所示：

注：此外，還有一個(gè)L3狀態(tài)，不過(guò)其實(shí)際上已經(jīng)不屬于LTSSM了。由于L3狀態(tài)連Vaux都關(guān)閉了，一旦進(jìn)入L3狀態(tài)，實(shí)際上和直接關(guān)閉PCIe設(shè)備的電源沒有什么太大的差別了。

L2的子狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下圖所示：

Loopback：

該狀態(tài)主要用于測(cè)試，這里就不詳細(xì)介紹了。

Disable：

該狀態(tài)中鏈路被禁止，此時(shí)發(fā)送端處于電氣空閑狀態(tài)（Electrical Idle State），而接收端處于低阻狀態(tài)（Low Impedance State）。進(jìn)入該狀態(tài)的原因可能是鏈路連接不穩(wěn)定，或者鏈路中的某個(gè)設(shè)備被移除，如PCIe卡從插槽中拔出。

Hot Reset：

軟件可以通過(guò)將橋控制寄存器（Bridge Control Register）中的Secondary Bus Reset位置位來(lái)復(fù)位鏈路。隨后，橋下端的PCIe設(shè)備發(fā)送TS1OS，其中的Training Control中包含了Hot Reset的信息。當(dāng)接收端發(fā)現(xiàn)連續(xù)的兩個(gè)TS1OS中都包含Hot Reset時(shí)，鏈路隨后進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。

注：本文只是對(duì)LTSSM進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，關(guān)于具體的每一個(gè)狀態(tài)內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，請(qǐng)參考PCIe Spec相關(guān)章節(jié)。