PCIe物理层LTSSM状态机解析

2024-09-02 05:48

本文主要是介绍PCIe物理层LTSSM状态机解析,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

目录

1、Detect

2、Polling

3、Configuration

4、L0

5、Recovery

6、L0s/L1/L2

7、Hot Reset

8、Disabled

9、Loopback


在PCIe链路可以正常工作之前,需要对PCIe链路进行链路训练,在这个过程中,就会用LTSSM状态机。LTSSM全称是Link Training and Status State Machine。这个状态机在哪里呢?它就在PCIe总线的物理层之中。

LTSSM状态机涵盖了11个状态,包括Detect, Polling, Configuration, Recovery, L0, L0s, L1, L2, Hot Reset, Loopback, Disable。这11个状态之间转换的逻辑,如下图,

这11个状态大致可以分为4大类:

  • PCIe链路训练相关。正常的PCIe链路训练状态转换流程依次是,Detect->Polling->Configuration->L0. L0是PCIe链路可以正常工作的电源状态。
  • PCIe链路重新训练相关。这个状态也称为Recovery。Recovery是一个非常重要的链路状态,进入这个状态的因素也很多,比如电源状态的变化,PCIe链路速率的变化等。
  • 电源状态相关。PCIe总线的电源状态主要有两部分的内容。
  1.  一是基于软件控制的PCI-PM电源管理机制,是系统软件通过修改寄存器中的电源管理字段,使PCIe设备进入D状态:D0,D1,D2,D3.
  2.  二是基于硬件控制的ASPM(=Active State Power Management)电源管理机制,是基于硬件自主控制的链路电源管理机制,只有在PCIe设备处于D0状态是才可以启动ASPM机制,另外,与ASPM有关的链路状态有L0s,L1(包括L1.1和L1.2).
  • 其他相关。比如Hot Reset, Link Disable, Loopback等。

接下来对这11个状态分别作一个简单的介绍。

1、Detect

这是物理层的初始状态,仅在Gen1 2.5 GT/s速率下使用,或是从数据链路层转换而来,或是在reset之后,或者从其他状态(Disable, Polling, Configuration,Recovery等)转换。总之,Detect状态是PCIe链路训练的开端。此外,Detect,顾名思义,需要实现检测工作。因为在这个状态时,发送端TX需要检测接收端RX是否存在且可以正常工作,如果检测正常,才能进入其他状态。Detect状态主要包含了两个子状态:Detect.Quiet和Detect.Active.


(1) 从其他状态或者Reset之后,物理层从Electrical Idle开始,此时,处于Detect.Quiet;

(2) 当超过12ms或者所有Lane均退出Electrical Idle时,则从Dectect.Quiet转换进入Detect.Active。在这个状态就会开启检测RX工作。


判断RX是否存在的逻辑比较简单,就是通过一个“Detect logic”电路比较RC时间常数的大小。

(1) 当RX不存在时,RC时间常数较小。

(2) 当RX存在时,RC时间常数较大。

2、Polling

这个状态的目的是"对暗号",实现无障碍沟通。进入这个状态后,TX和RX之间通过发送TS1、TS2 OS序列来确定Bit Lock, Symbol Lock以及解决Lane极性反转的问题。

Bit Lock: 在Bit传输过程中,RX PLL锁定TX Clock频率,这个过程称为RX实现"Bit Lock"。

Symbol Lock: RX端串并转化器知道如何区别一个有效的10-bit Symbol,这个过程称为“Symbol Lock”. 这里用到的是COM控制符。

Polling状态主要包含了三个子状态:Polling.Active, Polling.Configuration, Polling.Compliance.

(1)  Polling.Active:这是链路从Detect退出后进入的状态,在这个状态下,发送端需要在所有Lane至少发送1024个TS1序列,因为接收端需要通过接收到的TS1序列来实现Bit/Symbol Lock. 由于发送端和接收端不是同时退出Detect状态,所以,TS1序列交流可能不会同步。此时,链路出于Gen1(2.5GT/s), Symbol time=4ns(10b/2.5Gb/s), 发送1024个TS1序列(16 symbols)至少需要64us(1024*16*4ns).

(2)  Polling.Configuration: 当发送端TX发送完至少1024个TS1并且接收端RX连续收到8个TS1或者TS2,此时TS1和TS2中的Link/Lane区域由PAD填充, 那么,链路进入Polling.Configuration状态。处于此状态,发送端停止发送TS1序列,改为发送TS2序列,此时Link/Lane区域仍然由PAD填充,这个过程也会完成极性反转的问题,为进入下一个状态作准备。

(3)  Polling.Compliance: 这个状态主要是通过发送不同的Pattern来测试发送端以及设备连接是否符合Spec要求。


3、Configuration

这个状态工作内容很简单,就是通过发送TS1、TS2来确定Link/Lane number. 如下图,Configuration包含了6个子状态

Configuration.LinkWidth.Start,Configuration.LinkWidth.Accpet,Configuration.Lanenum.

Wait,Configuration.Lanenum.Accpet,Configuration.Complete, Configuration.Idle.

由于Configuration状态下,发送端和接收端已经确认可以正常通信,所以,我们结合实例来看一下Downstream和Upstream的状态转换过程。

(1) Link Number Negotiation

Downstream在TS1中设定Link number, 此时Lane number=PAD,并发送给Upstream.

而Upstream回的第一个TS1中,Link num仍然是PAD。此时,Upstream也处于Configuration.LinkWidth.Start状态。

之后Upstream回的TS1中Link number则是设定值,此时, Upstream率先进入Configuration.LinkWidth.Accept状态。

 

到这里,Link Number Negotiation就完成了。

(2) Lane Number Negotiation

当Downstream看到Upstream返回的TS1中Link number已经是设定值,那么就认为Link num已经协商成功,然后就开始准备设定Lane number,此时Downstream链路也接着进入Configuration.LinkWidth.Accept状态. 由于在录这个Trace时有过滤重复的TS序列,所以,我们看到一个TS1序列对应了三个状态:Configuration.LinkWidth.Accept,Configuration.LaneNum.Wait,Configuration.LaneNum.Accept. 这个三个状态发送的TS1序列一样,Link number和Lane number都已设定。

当Upstream收到Downstream设定Lane number的TS序列之后,也很快进入了Configuration.LaneNum.Accept状态。

与Lane number相关的三个状态之间相互转换逻辑如下:Downstream Vs Upstream.

到这里,双方Lane number协议就完成了。

(3) Confirm Lane/Link Number

最后一步,过程就很简单了,双方通过发送TS2序列,对之前设定的Link/Lane number进行确认,这个过程,LTSSM处于Configuration.Complete. 确认没有问题之后,就准备进入下一个状态。

4、L0

当进入这个状态时,PCIe链路就可以愉快的开始正常工作了。这个状态可以传输TLP,DLLP等报文。

5、Recovery

当PCIe链路需要重新训练时,进入Recovery状态。主要有以下几种情况:

  • PCIe链路信号发现error,需要调整Bit Lock和Symbol Lock;
  • 从L0s或者L1低功耗电源状态退出;
  • Speed Change。因为第一次进入L0状态时,速率是2.5GT/s. 当需要进行速率调整5.0GT/s或者8.0GT/s时,需要进入Recovery状态进行Speed Change. 这个阶段,Bit Lock、Symbol Lock等都需要重新获取;
  • 需要重新调整PCIe链路的Width;
  • 软件触发retrain操作;
  • 仅在Gen3和Gen4,需要重新进行Equalization。

Recovery子状态转换逻辑如下图:

我们结合一个上电过程中Gen1提速至Gen3的时序来解读一下Recovery状态的转换,如下图:


a. Downstream率先进入Recovery.RcvrLock状态, 之后向Upstream持续发送TS1并且将speed_change bit设置为1;

b. Upstream端看到TS1进来之后,也跟着进入Recovery.RcvrLock状态,同时回传TS1序列,不过此时,speed_change bit仍为0. 当Upstream接收达到连续8个TS1且speed_change bit设置为1,这时,Upsteam回传的TS1、TS2中speed_change bit设置为1,并告诉Downstream建议工作速率,接着进入Recovery.RcvrCfg状态;

c. Downstream收到Upstream建议的速率反馈之后,也返回TS2序列,并发送EIOS序列,准备进入Electrical Idle. 此时,LTSSM处于Recovery.RcvrCfg状态;

d. 之后,Downstream和Upstream相继进入Electrical Idle, LTSSM处于Recovery.Speed状态;

e. 经过一段时间timeout(Spec要求至少800ns, 小编这个Trace中是~8us),Upstream发送EIEOS, 退出Electrical Idle, 尝试跑最高速率8GT/s;

f. 接着Downstream也退出Electrical Idle, 尝试跑试跑最高速率8GT/s;

g. 最后,双方开始进行EQ。EQ之后,PCIe链路就可以回到正常工作状态。


6、L0s/L1/L2

这三个状态,主要是低功耗电源管理状态,在这里不再展开了,具体可以参考Spec.

7、Hot Reset

当某个PCIe设备发生错误时,我们有时候需要通过软件的方式对设备进行复位,这个方式就是Hot Reset。可以通过设置Bridge Control寄存器中的Secondary Bus Reset来触发Hot Reset.

Hot Reset的指令是在TS1序列中体现,如下图,

Hot Reset触发之后,LTSSM会进入Recovery和Hot Reset状态,之后会到Detect状态,PCIe链路开始重新训练。

8、Disabled

用户可以通过设置修改Link Control寄存器,让PCIe链路出于Disabled状态。

另外,如果我们把设备移除之后,同样也进入Disabled状态。

当退出Disabled状态后,LTSSM回到Dectect,PCIe链路重新训练。

9、Loopback

这个状态仅用于debug测试,一般情况不会遇到,在这里不再展开,有兴趣的话可以参考PCIe Spec

这篇关于PCIe物理层LTSSM状态机解析的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!


原文地址:
本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.chinasem.cn/article/1129167

相关文章

Spring Boot3.0新特性全面解析与应用实战

《SpringBoot3.0新特性全面解析与应用实战》SpringBoot3.0作为Spring生态系统的一个重要里程碑,带来了众多令人兴奋的新特性和改进,本文将深入解析SpringBoot3.0的... 目录核心变化概览Java版本要求提升迁移至Jakarta EE重要新特性详解1. Native Ima

spring中的@MapperScan注解属性解析

《spring中的@MapperScan注解属性解析》@MapperScan是Spring集成MyBatis时自动扫描Mapper接口的注解,简化配置并支持多数据源,通过属性控制扫描路径和过滤条件,利... 目录一、核心功能与作用二、注解属性解析三、底层实现原理四、使用场景与最佳实践五、注意事项与常见问题六

Spring StateMachine实现状态机使用示例详解

《SpringStateMachine实现状态机使用示例详解》本文介绍SpringStateMachine实现状态机的步骤,包括依赖导入、枚举定义、状态转移规则配置、上下文管理及服务调用示例,重点解... 目录什么是状态机使用示例什么是状态机状态机是计算机科学中的​​核心建模工具​​,用于描述对象在其生命

nginx -t、nginx -s stop 和 nginx -s reload 命令的详细解析(结合应用场景)

《nginx-t、nginx-sstop和nginx-sreload命令的详细解析(结合应用场景)》本文解析Nginx的-t、-sstop、-sreload命令,分别用于配置语法检... 以下是关于 nginx -t、nginx -s stop 和 nginx -s reload 命令的详细解析,结合实际应

MyBatis中$与#的区别解析

《MyBatis中$与#的区别解析》文章浏览阅读314次,点赞4次,收藏6次。MyBatis使用#{}作为参数占位符时,会创建预处理语句(PreparedStatement),并将参数值作为预处理语句... 目录一、介绍二、sql注入风险实例一、介绍#(井号):MyBATis使用#{}作为参数占位符时,会

PostgreSQL的扩展dict_int应用案例解析

《PostgreSQL的扩展dict_int应用案例解析》dict_int扩展为PostgreSQL提供了专业的整数文本处理能力,特别适合需要精确处理数字内容的搜索场景,本文给大家介绍PostgreS... 目录PostgreSQL的扩展dict_int一、扩展概述二、核心功能三、安装与启用四、字典配置方法

深度解析Java DTO(最新推荐)

《深度解析JavaDTO(最新推荐)》DTO(DataTransferObject)是一种用于在不同层(如Controller层、Service层)之间传输数据的对象设计模式,其核心目的是封装数据,... 目录一、什么是DTO?DTO的核心特点:二、为什么需要DTO?(对比Entity)三、实际应用场景解析

深度解析Java项目中包和包之间的联系

《深度解析Java项目中包和包之间的联系》文章浏览阅读850次,点赞13次,收藏8次。本文详细介绍了Java分层架构中的几个关键包:DTO、Controller、Service和Mapper。_jav... 目录前言一、各大包1.DTO1.1、DTO的核心用途1.2. DTO与实体类(Entity)的区别1

Java中的雪花算法Snowflake解析与实践技巧

《Java中的雪花算法Snowflake解析与实践技巧》本文解析了雪花算法的原理、Java实现及生产实践,涵盖ID结构、位运算技巧、时钟回拨处理、WorkerId分配等关键点,并探讨了百度UidGen... 目录一、雪花算法核心原理1.1 算法起源1.2 ID结构详解1.3 核心特性二、Java实现解析2.

使用Python绘制3D堆叠条形图全解析

《使用Python绘制3D堆叠条形图全解析》在数据可视化的工具箱里,3D图表总能带来眼前一亮的效果,本文就来和大家聊聊如何使用Python实现绘制3D堆叠条形图,感兴趣的小伙伴可以了解下... 目录为什么选择 3D 堆叠条形图代码实现:从数据到 3D 世界的搭建核心代码逐行解析细节优化应用场景:3D 堆叠图