2.3 数据链路层（DLL）模块分析

数据链路层介于事务层和物理层，主要进行数据链路管理和辅助TLP报文的传输。

一、概述

二、硬件模块

DLL层连通事务层和物理层，硬件架构如下图所示

• DLLP_check模块主要功能是接收物理层发送的DLLP和TLP包，并进行包格式检查，按DLLP包的类型进行分类。
• TLP_check模块功能是对接收到的TLP包进行CRC和协议检查。如果没有出现问题，则将数据发送到事务层，并告知DLLP GEN模块，发送DLLP给发送方确认数据传输情况。
• ACK/NAK packets模块是对收到的ACK/NAK DLLP进行解析，并把结果发送给retry buffer，帮助retry buffer判断是否需要重新发送TLP或是将存储的TLP删除。
• Retry buffer模块：缓存已发送的TLP包，并根据收到的ACK/NAK DLLP包的结果判断是否需要重新发送或是将已经收到确认信息的TLP删除。Retry Buffer在进行重发的时候，数据链路层不再从事务层接收TLP，因此不能同时进行读写，所有是单端口的RAM。
• DLLP_ARB模块：对要发送的DLLP和TLP进行仲裁，并按优先级进行发送，一般顺序是：完成事务TLP的数据包和当前需要发送的DLLP优先级最高，其次是Nak DLLP，接下来是Ack DLLP、retry buffer中的重传TLP，最后是正在等待的TLP。
• TLP packets Gen模块：接收事物层发送的数据，并加上sequence、LCRC等数据链路层信息。再发送给DLLP_ARB，同时把数据存入retry buffer，并在需要retry的时候，从retry buffer取数据发送。
• DLLP_Gen模块：根据事物层发送的信息和DLCMSM、接收到的TLP包、POWER management状态等条件产生DLLP包。
• DLCMSM模块：Data Link Control and Management State Machine，数据链路控制与管理状态机。将物理层和PCIe的链路层状态报告给数据链路层进行监控，管理和控制数据链路层，包含DL_Inactive、DL_Init、DL_Active三个状态并把链路层状态发送给事物层和物理层，与物理层的链路训练与重定向关联紧密。
• PM(power management, 电源管理)模块功能负责系统的电源状态与管理。

三、数据链路层的状态机（DLCMSM）

3.1 数据链路层状态

根据DLCMSM的值，数据链路层将对外表现出两种状态：DL_Down和DL_Up

• DL_Down：DLL将不会和链路对面的设备进行通信
• DL_Up：DLL可以和链路另一侧设备通信

3.2 数据链路控制和管理状态机（DLCMSM）

PCIe总线的数据链路层通过数据链路控制和管理状态机（DLCMSM）实现状态的切换，该状态机共有三个状态，分别为：

1. DL_Inactive（表示链路无效状态，不可用，或者没有连接设备）
2. DL_Init（链路可用，将进行VC0的初始化）
3. DL_Active（链路可正常使用）

状态机转换如图所示：

3.2.1 DL_Inactive

• 如何进入DL_Inactive状态

1. hot reset、warm reset、cold reset的初始化阶段，注意DL状态不会被FLR所影响
2. 复位所有DLL状态为初始值
3. 丢弃DLL retry buffer内容

• DL_Inactive行为

1. 向事务层和数据链路层其他模块报告DL Down状态，事务层将停止发送TLP
   对下游设备来说等同于“hot-remove”，对上游设备来说等同于“hot-reset”操作。
2. 丢弃来自事务层和物理层的TLP信息
3. 不再产生或接收DLLP报文

• 如何退出DL_Inactive状态
  事务层报告软件没有失能建立链路，同时物理层报告建立链路，linkUp=1（PCIe gen3/gen4/gen5达到gen1速度即可）
  从该状态推出后进入DL_Init状态

3.2.2 DL_init

• DL_Init状态行为

1. 初始化默认VC（virtual channel）的Flow control
2. 当在FC_Init1状态时报告DL_Down，挡在FC_Init2状态时报告DL_Up。
   FC状态详细参考：PCIe控制器——数据链路层——flow control
3. 若某设备DLL表现DL_Down状态，一旦发送ACK的DLLP报文而不能识别对应的TLP，该DLL可以丢弃该TLP

• 如何退出DL_Init状态进入DL_Active状态
  FC初始化完成，同时物理层报告链路建立，linkUp=1

• 如何退出DL_Init状态进入DL_Inactive状态
  物理层报告链路断开，linkUp=0

2.3 DL_Active

DL_Active是正常操作状态

• DL_Active状态行为

1. 在事务层和物理层之间接收和传输TLP
2. 产生和接收DLLP
3. 向事务层和数据链路层报告DL_Up

• 如何退出DL_Inactive