PCIe LTSSM状态机
LTSSM状态机
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。系统进行复位操作（Cold, Hot or Warm Reset）后，会自动进入Detect状态。
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。
LTSSM-Detect
Detect：检测远端阻抗以确定是否有设备
a) Detect.Quiet时，Tx处于Electrical Idle状态，LinkUp清0，以及其他复位动作
b) 只要有lane退出Electrical Idle，就进入Detect.Active，此时双方检测对端阻抗，确定对端是否有设备
c) 只要有某条/几条lane的双方均检测到对端有Rx，则进入Polling，其他没有检测成功的lane进入Electrical Idle，一条lane也没有则回到Quiet
LTSSM-Polling
Polling：发送和回复TS，bit lock，symbol lock，lane 极性在此阶段确定
TS(Training Sequences)用于初始化bit align，symbol align，交换参数。TS1主要检测PCIe链路配置信息，TS2确认TS1的检测结果
a)Polling.Active，Tx向对端发送TS1，对端Rx接收到TS1后通过其Loopback发送回来
b)当Rx收到8个连续的TS1或者收到8个TS2，这种情况下进入Polling.Configuration
c)Polling.Configuration：此时TX发送TS2（lane/link number为PAD，linkup为0）
d)当在Polling.Configuration时收到8个连续的TS2，并且在收到一个TS2之后再发出去16个TS2之后进入Configuration状态
LTSSM-Configuration
Configuration：Rx/Tx协商link number，lane number，（这步骤可以确定link width）当recovery出现错误没有进入L0也可能先进Configuration
首次从Polling进入Configuration时LinkUp=0，从recovery进入该状态是LinkUp=1
Configuration.Idle时，PCIe链路设置完毕，当收到对端8个Idle序列并且向对端发送16个Idle序列之后将LinkUp值1，数据链路层从DL_Inactive进入DL_Init，物理层进入L0
LTSSM-Recovery
Recovery：用于切换data rate，或者从L0经过Recovery.Rcvrlock再到Configuration去切换link width，此时bit lock（位锁），symbol lock（符号锁） 会重新建立
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：
(1) PCIe链路信号发现error，需要调整Bit Lock和Symbol Lock;
(2) 从L0s或者L1低功耗电源状态退出;
(3) 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;
(4) 需要重新调整PCIe链路的Width;
(5) 软件触发retrain操作;
切换速率
1.设备希望切换速率，系统软件置directed_speed_change=1，然后进入Recovery.Rcvrlock，同时向对端发送TS1
2.对端收到8个speed_change bit=1的TS1后，也发送speed_change bit=1的TS1
3.两端设备连续接收8个TS1，且speed change bit和directed speed change bit相同,进入recovery.Rcvrcfg
4. Recovery.rcvrcfg：发送TS2序列进行同步（与polling.configuration阶段相同，TS2来同步两端的设备都进入xxxxcfg阶段）。通过比较speed_change位与directed_speed_change位是否相同，决定进入recovery.speed还是recovery.idle
5.如果标志位都是0表明切换过速率了，就进入recovery.idle，反之进入speed状态
切换带宽
L0进Recovery之后进configuration切换link width的情况也有
设备在L0时希望切宽度，系统软件置upconfigure_capable=1，设备进入recovery.rcvrlock，并且检测到directed_speed_change=0，说明是设备向切宽度而不是速度，然后进入configuration
Recovery.rcvrcfg时TS2的lane/link number不一致，会进入configuration
LTSSM-L0
L0：正常工作状态
L0进recovery的情况
当两端都支持高速率，并且系统软件置directed_speed_change=1
切link宽度，系统软件置upconfigure_capable=1
正常工作的lane中又收到对端发送TS1/TS2，说明对端想改速度或者宽度并进入recovery了
Link errors会导致LTSSM从L0跳转到Recovery
在PCIe链路中，只要一方进入recovery，对方就会收到TS1，两端都将进入recovery
L0s
L0s 是 ASPM（Active State Power Management）机制提供的第 1 级低功耗状态，该状态可以在较短的时间内切换到 L0 状态。当设备要从 L0 状态切换到 L0s 状态时，需要向外发送 EIOS。当设备要从 L0s 状态切换到 L0 状态时，需要向外发送多个 FTS，从而快速获取 Bit Lock 和 Symbol/Block Lock。
L1
L1 是 ASPM（Active State Power Management）机制提供的第 2 级低功耗状态，它的功耗比 L0s 低，但是需要更长的时间才能切换到 L0 状态。想要进入 L1 状态，位于 PCIe 总线两端的设备需要进行协商，然后同时进入 L1 状态。两种可能的方式如下：
ASPM 机制下硬件自动切换。当 Upstream Port 的硬件发现没有 TLP 或者 DLLP 需要再发送的时候，就会自动和 Downstream Port 进行协商进入 L1 状态。如果 Downstream Port 同意，则二者同时进入 L1 状态；如果 Downstream Port 拒绝，则 Upstream Port 会进入 L0s 状态。
电源管理软件通过命令将设备配置为低功耗状态（D1，D2，D3hot）。此时 Upstream Port 和 Downstream Port 上的设备同时进入 L1 状态。
L2
L2 状态是ASPM（Active State Power Management）机制提供的第 3 级低功耗状态，此时设备的主电源被关闭，从而达到更低的功耗。该状态下，几乎所有的逻辑都被关闭，只有一小部分使用 Vaux 供电的逻辑在工作，该部分逻辑可以用来发送 wakeup 事件。
支持 wakeup 功能的 Upstream Port 能向外发送一个低频信号，该信号称为 Beacon。Downstream Port 将 Beacon 信号转发给 Root Complex。通过 Beacon 或者 WAKE# 引脚，设备可以要求系统恢复它的主电源供电。
Loopback
该状态是用来测试的，但是协议并没有明确规定 Receiver 在该状态下做些什么。基本的操作很简单：设备 A 作为 Loopback Master，连续对外发送两个 TS1 Ordered Sets，并且 TS1 的 Training Control 区域的 Loopback 位需要设置为 1。设备 B 接收到连续两个 Loopback 位为 1 的 TS1 之后，就会进入 Loopback state，称为 Loopback Slave。Loopback Slave 会将收到的所有内容再发送给 Loopback Master，从而形成回环，验证链路的完整性。
LTSSM-Hot Reset
当某个PCIe设备发生错误时，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。
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
LTSSM-Disable
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
LTSSM-总结
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Link Width协商只存在Configuration阶段，Recovery/L0无法改变
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Link Speed在Polling阶段都是2.5G，只会在Recovery阶段发生变化
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切速度只会在recovery阶段，切宽度只会在configuration阶段
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LinkUp状态位在首次进入Configuration状态为0，之后Recovery/L0以及再次进入Configuration都是1
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对于上游/下游端口，如果directed_speed_change变量从未记录过大于2.5 GT/s的数据速率支持，则不能将其设置为1,也就是说不能进行Link Speed的修改
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对于下游端口，如果大于2.5 GT / s数据速率支持已经指出,下游端口必须设置directed_speed_change变量1
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Link training的时候只在2.5GT/s的状态下进行，之后到L0后进入recovery 切换到对应速率
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带宽判断已经在Configuration阶段达成，如果切换带宽需要L0->Recovery->Configuration ，到configuration阶段再次带宽进行判断