PCIE系统标准体系结构解读(六)：ACK/NAK 协议

主要解释如何使用ACK DLLP来确认TLP的接收，如何使用NAK DLLP表示接收的TLP有错误，以及重发TLP的规则。

1.6.1 ACK/NAK协议的基本组成

1.6.2 ACK/NAK协议中发送器的基本组成

下图举例说明了与出站TLP和入站ACK/NAK DLLP的处理有关的发送器数据链路层基本组成。

1.6.2.1 重放缓冲区

重放缓冲区存储TLP的所有字段，包括与数据链路层相关的序列号和LCRC字段。在发送之前，TLP一直按照从处理层传送过来的顺序存储。重放缓冲区中每个TLP都含有一个序列号，该序列号比保存在缓冲区中的前一个TLP包的序列号递增1。

当发送器收到一个由ACK DLLP表示的TLP已经成功抵达接收器的确认时，它就会清除缓冲区中的这些TLP。另一方面，如果收到一个NAK DLLP，它就会重发缓冲区中的内容。

1.6.2.2 NEXT_TRANSMIT_SEQ计数器

该计数器为每个将发送的新TLP生成所分配的序列号。该计数器为12比特的计数器，在复位或数据链路层处于非活动状态时，将它初始化为0。它的计数值可以一直递增到4095，然后反转回到0。

1.6.2.3 LCRC生成器

LCRC生成器为TLP数据包提供32比特的LCRC。此LCRC使用TLP的所有字段，包括头、数据有效载荷、ECRC和序列号计算出来的。接收器使用TLP的LCRC字段检查收到的TLP中的CRC错误。

1.6.2.4 REPLAY_NUM计数器

这个2比特的计数器保存因收到NAK DLLP或REPLAY_TIMER超时而尝试重发的次数。当REPLAY_NUM计数器的计数值从11b翻转回00b时，数据链路层会触发一次物理层的链路重新定向。它回等到重新定向结束之后，再次尝试重发TLP。REPLAY_NUM计数器在复位或数据链路层处于非活动状态时被初始化为00b。无论何时收到ACK，也会将其复位，表示正发送的TLP正在进行转发。

1.6.2.5 REPLAY_TIMER

REPLAY_TIMER用来度量从发出TLP到收到对应的ACK或NAK DLLP的时间。在发送任意TLP的最后一个字符时，REPLAY_TIMER开始计时。每次当重放缓冲区中有未完成的TLP且收到的ACK DLLP涉及一个仍在重放缓冲区中的TLP时，REPLAY_TIMER从0开始重新计时。当重放缓冲区中没有未完成的TLP时，或者收到的每个NAK满足重启条件，或者当REPLAY_TIMER计时已满时，REPLAY_TIMER重新复位到0并保持。在重新定向期间，REPLAY_TIMER不再计数。

1.6.2.6 ACKD_SEQ计数器

12比特的寄存器跟踪或保存最近收到的ACK或NAK DLLP的序列号。在复位或数据链路层不活动时，它被初始化为全1。这一寄存器要用收到的ACK或NAK DLLP中的AckNak_Seq_Num字段来更新，并将ACKD_SEQ计数与NEXT_TRANSMIT_SEQ计数进行比较。

如果（NEXT_TRANSMIT_SEQ - ACKD_SEQ）除以4096的余数大于等于2048，则数据链路层不再接收来自处理层的新TLP，直到此不等式不再成立。另外，报告发现一个致命的、无法修正的数据链路层协议错误。如果NEXT_TRANSMIT_SEQ和ACKD_SEQ之间的间隔大于2047，这种错误就会发生。

ACKD_SEQ计数也可以用来检查正在发送的TLP否认转发进度。如果经过3次额外的重发尝试之后，转发进度没有变化，那么要重新定向链路。

1.6.2.7 DLLP CRC检查

这一部件能够检查接收器返回的DLLP中的CRC错误。对完好的DLLP做进一步处理。如果检测到DLLP CRC错误，则丢弃该DLLP并报告错误，不再采取进一步的行动。

定义：当物理层报告链路不能使用或没有设备连接到端口时，数据链路层处于非活动状态。当链路定向和状况状态机(Link Training and Status state machine,LTSSM)处于Link-Up = 0的检测(Detect)、轮询(Polling)、配置(Configuration)、复位(Reset)或回环(LoopBack)状态时，物理层处于不能使用状态。当数据链路层处于非活动状态时，将数据链路层状态机初始化为默认值并将重放缓冲区清空。当物理层报告Link-Up=1并且链路控制寄存器中的链路禁用(Link Disable)比特等于0时，数据链路层退出非活动状态。

1.6.3 ACK/NAK协议中接收器的基本组成

下图展示了与进站TLP和出站ACK/NAK DLLP处理有关的接收器数据链路层的基本组成。

1.6.3.1 接收缓冲区

在进行TLP CRC和序列号检查时，接收缓冲区临时存放接收的TLP。如果没有错误，TLP会被处理并且发送至接收器的处理层。如果有和TLP相关的错误，则丢弃该TLP并且安排一个NAK DLLP。如果此TLP是重复的TLP，则丢弃该TLP并且安排一个ACK TLLP。如果该TLP是一个无效的TLP，则丢弃它并且不再采取进一步的行动。

1.6.3.2 LCRC错误检查

使用TLP的32比特LCRC字段来检查收到的TLP中的LCRC错误。

1.6.3.3 NEXT_RCV_SEQ计数器

12比特的NEXT_RCV_SEQ计数器跟踪预计的下一个TLP的序列号。复位或数据链路层处于非活动状态时，将此计数器初始化为0.对接收到的每个转发至处理层的、完好的TLP，此计数器自动加1。当计数器的值达到4095时，计数器翻转回0。当接收到的TLP有CRC错误、或是无效的TLP、或是序列号不正确的TLP时，计数器的值不变。

1.6.3.4 序列号检查

CRC错误检查后，这一部件验证收到的TLP的序列号与NEXT_RCV_SEQ计数器的值是否匹配。

如果TLP的序列号等于NEXT_RCV_SEQ计数器的值，则接收、处理并且转发该TLP至处理层。NEXT_RCV_SEQ的值加1。接收器继续处理入站的TLP，在ACKNAK_LATENCY_TIMER没有计满或超出其设置值之前，接收器不必翻译ACK DLLP。

如果TLP的序列号是比NEXT_RCV_SEQ的值早的一个序列号，并且与NEXT_RCV_SEQ值之间的间隔小于2048，那么该TLP为一重复的TLP。丢弃它并安排一个ACK DLLP返回发送器。

如果TLP的序列号是比NEXT_RCV_SEQ值晚的一个序列号，或者任何其他不同于以上两种情况的情况，则丢弃该TLP，并可能安排一个NAK DLLP返回发送器。

1.6.3.5 NEXT_SCHEDULED标志

当接收器安排一个NAK DLLP返回远程发送器时，将设置NAK_SCHEDULED标志。当接收器见到与之前NAK要求重发的TLP有关的第一个TLP时，它将清除NAK_SCHEDULED标志。对于在NAK_SCHEDULED标志置位期间收到的坏TLP，接收器是否应该设计另外一个NAK DLLP方面，规范没有明确规定。

1.6.3.6 ACKNAK_LATENCY_TIMER定时器

ACKNAK_LATENCY_TIMER监控从安排最后一个ACK或NAK DLLP返回远程发送器开始所经历的时间。接收器接收器使用此定时器确保当定时器期满或超出其设定值时，它能够迅速处理TLP并返回一个ACK或NAK DLLP。

1.6.3.7 ACK/NAK DLLP生成器

这一部件根据LCRC或序列号校验部分的命令生成ACK或NAK DLLP。ACK或NAK DLLP包含一个由NEXT_RCV_SEQ计数器获得的AckNak_Seq_Num[11:0]字段。ACK或NAK DLLP含有的AckNak_Seq_Num[11:0]的值等于NEXT_RCV_SEQ的值减1。

1.6.4 ACK/NAK DLLP的格式

下图展示了一个ACK或NAK的DLLP的格式。