這一篇文章來簡單地介紹一下鏈路訓練狀態(tài)機（Link Training and Status State Machine，LTSSM），并簡要地介紹各個狀態(tài)的作用和實現機制。

LTSSM有11個狀態(tài)（其中又有多個子狀態(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)進行復位操作（Cold, Hot or Warm Reset）后，會自動進入Detect狀態(tài)。

這11個狀態(tài)又可以被分為以下五個類別：

1、鏈路訓練狀態(tài)（Link Training State）；

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

3、軟件驅動功耗管理狀態(tài)（Software Driven Power Management State）；

4、活動狀態(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：

下面分別簡要地介紹一下各個狀態(tài)：

首先是Detect：

前面說到，系統(tǒng)進行復位操作（Cold, Hot or Warm Reset）后，會自動進入Detect狀態(tài)。在這個狀態(tài)中，PCIe設備會去檢測自己Link的另一端是否存在其他PCIe設備。換句話說，就是檢測有么有其他的PCIe設備與其相連接。如下圖所示：

Polling：

在該狀態(tài)中，PCIe設備會依次發(fā)送TS1OS和TS2OS以實現以下目標：

1、位鎖定（Bit Lock）；

2、字符鎖定（Symbol Lock）；

3、信號極性翻轉（Polarity Inversion），如果需要的話；

4、確定各個設備支持的速率（Data Rates）。

如下圖所示：

Configuration：

在該狀態(tài)中，PCIe設備會依次發(fā)送TS1OS和TS2OS以實現以下目標：

1、確定鏈路寬度（Link Width）；

2、分配通道（Lane）號；

3、通道位置翻轉（Lane Reversal），如果需要的話；

4、通道對齊（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（如果鏈路兩端設備都支持的話，且經過了Re-Trainning）。

Recovery：

這個狀態(tài)用于Re-Trainning，因此Re-Trainning可能會改變原有的速率，所以位鎖定（Bit Lock）和符號鎖定（Symbol Lock）操作都會被重新進行，但是花費的時間要比第一次少很多。

其內部的子狀態(tài)轉移圖如下圖所示：

L0s：

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

發(fā)送端如下圖所示：

接收端的示意圖如下：

L1：

相對于L0s狀態(tài)，L1狀態(tài)下的功耗更低。進入L1狀態(tài)需要鏈路兩端的PCIe進行“溝通”，只有雙方都“同意”進入該狀態(tài)，鏈路才會進入該狀態(tài)。一般有以下兩種方式：

1、第一種是由ASPM引導，硬件自動完成的。發(fā)送端發(fā)現鏈路上長時間沒有TLP或者DLLP時，便通過ASPM建議接收端進入L1狀態(tài)。如果接收端“同意”了，則鏈路進入L1狀態(tài)；如果接收端“不同意”，則鏈路進入L0s狀態(tài)。

2、第二種是有軟件引導的，軟件發(fā)送一系列的命令讓鏈路進入低功耗狀態(tài)（D1，D2，or D3 Hot）。隨后，鏈路的上端設備會通知下端設備進入L1狀態(tài)，收到來自下端設備的應答后，鏈路進入L1狀態(tài)。

如下圖所示：

L2：

L2狀態(tài)下的鏈路功耗更低，因為其只保留了Vaux，關閉了鏈路的其他功能。此時，需要Beacon信號或者WAKE#邊帶信號來喚醒系統(tǒng)。其中Beacon信號是一種低頻信號（30KHz~500MHz），其波形圖如下圖所示：

注：此外，還有一個L3狀態(tài)，不過其實際上已經不屬于LTSSM了。由于L3狀態(tài)連Vaux都關閉了，一旦進入L3狀態(tài)，實際上和直接關閉PCIe設備的電源沒有什么太大的差別了。

L2的子狀態(tài)轉移圖如下圖所示：

Loopback：

該狀態(tài)主要用于測試，這里就不詳細介紹了。

Disable：

該狀態(tài)中鏈路被禁止，此時發(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，或者鏈路中的某個設備被移除，如PCIe卡從插槽中拔出。

Hot Reset：

軟件可以通過將橋控制寄存器（Bridge Control Register）中的Secondary Bus Reset位置位來復位鏈路。隨后，橋下端的PCIe設備發(fā)送TS1OS，其中的Training Control中包含了Hot Reset的信息。當接收端發(fā)現連續(xù)的兩個TS1OS中都包含Hot Reset時，鏈路隨后進入復位狀態(tài)。

注：本文只是對LTSSM進行了簡單的介紹，關于具體的每一個狀態(tài)內部是如何實現的，請參考PCIe Spec相關章節(jié)。