PCIE物理层-encoder

PCIE的物理层框图如下

对于PCIE的传输编码，如果在pcie1.0和pcie2.0，则使用8/10b的编码，如果是pcie3.0及以上，则使用128/130b传输编码

对于pcie3.0，默认是8GT/s，如果传输编码大于等于8GT/s，则默认使用128/130b编码，如果pcie3.0在L0状态，则默认是2.5GT/s传输，则此时使用8/10b编码。

8/10b编码

8/10b编码的作用是为了维持DC平衡，也就是电信号的0和1均匀分布（避免出现5个连续的1或0），8/10b的编码模型只在低于8GT/s下使用，故有必要介绍一下。8/10b的意义在于将8bit的信息按照3bit+5bit分割，填充成4bit+6bit作为10b使用。填充图解如下

这里填充还分为rd+和rd-模式。RD（running disparity），+/-是1的个数减去0的个数.默认选择rd-

其逻辑为，先默认按照rd-编码，如果是完美平衡码，则不变，如果不是，则转换极性作为rd+编码。 例如：D.x.3（011），其对应的4B码字有两种：1100和0011，此时RD为负，则取1100作为其对应的4B码字作为输出，发现是完美编码

再例如D.x.4（100），其对应的4B码字有两种：1101和0010，若此时RD为负，则取1101作为其对应的4B码字作为输出，但不是完美编码，1101的1的个数大于0的个数，则转换成相反极性，故转换极性为rd+，则默认编码为0010

如下图

对于特殊的符号编码，如下可知

上述举例

• STP：在开始TLP包前，使用K27.7的符号作为STP符号
• SDP：在开始DLLP包前，使用K28.2的符号作为SDP符号

具体图解如下：

对于TLP，包组成如下，这里物理层会在DLLP的TLP包上追加前缀符号STP和后缀符号END

对于DLLP，包组成如下，这里物理层会在DLLP的包上追加前缀符号SDP和后缀符号END

多lane数据的8/10b编码

如果是x1，则物理层按照上述编码即可，如下图

如果是x2，则数据是均匀分布，以TLP包为例，STP在lane0的开头，END在lane1的结束，如图

如果是x4，则如图

数据加扰

在8/10b的编码下，数据发送是先加扰在编码，数据接收是先解码在解扰。加扰解扰是通过LSFR（Linear Feedback Shift Registers）

LSFR计算方式不想明白，这里不介绍了。

128/130b编码

128/130b编码是在8GT/s速度以上，也就是pcie最后速度协商在pcie gen3以上启用。

128/130b的编码是在原128b上添加2b的头，H0和H1，类型如下：

• 10b ：代表是一个数据块
• 01b ：代表是一个Ordered Set块（有序设置块）

与8/10b不一样的是，在多lane的情况下，128/130b会在每个lane上传输H0/H1头，对于每个数据内容，按照小端方式存放

如下是1lane的传输方式

如下是4lane的传输方式

Ordered Set Blocks

在link training的阶段，可以通过特殊的有序集来判断块对齐，这个特殊的有序集就是电气空闲退出有序集（EIEOS），下面是通过EIEOS来判断对齐状态的逻辑

• 未对齐阶段： 接收器在电气空闲后进入未对齐状态，例如刚进入128/130b编码或者退出低功耗状态，如果等待到下一个EIEOS，则进入对齐阶段
• 对齐阶段： 接收器接收EIEOS和SDS（Start of Data Stream）有序集时进入对齐阶段，如果接收到SDS有序集，接收器进入锁定阶段，如果接收到00b或11b的header，则返回未对齐阶段
• 锁定阶段： 这个阶段下，数据块将在SDS Ordered Set后正常发送。

Data Block

数据块由Framing Tokens 和 TLPS 和DLLPS组成，它以SDS Ordered Set开始，以SKP Ordered Set结束。

对于Framing Tokens主要有如下几类

• IDL：没有TLPs和DLLPs或其他Framing Tokens传输时，传输此
• SDP：开始DLLP包的Tokens，后面跟随DLLP包
• STP：开始传输TLP包的Tokens，后面跟随12bit的TLP序列号，在后面是TLP包
• EDB：End错误，用于确认之前的TLP包被取消
• EDS：数据流结束，表示数据流结束，下一个块将是Ordered Set Block

上述几类令牌的具体格式如下所示

所以对于TLP和DLLP的整体包格式图如下

如上图，TLP包含STP+TLP Prefix（如有）+TLP Header+TLP Payload+TLP 摘要（如有）+LCRC。 如果一个TLP有3DW的Header，1DW的payload，不包括TLP摘要，则整体TLP的length的长度为6=1（Tokens）+0（TLP Prefix）+3（TLP Header）+1（Payload）+0（TLP digest）+1（LCRC）

对于DLLP则简单了，就是在DLLP上加上SDP的Token，即SDP+DLLP+CRC

对于x8的lane的pcie接口，总包数据传输如下所示

从上面可以知道，对每个lane，H0/H1都是存在的，而Tokens+TLP+DLLP则是均匀遍布在每个lane上。具体为：STP+TLP Header+TLP Payload+LCRC+SDP+DLLP+CRC+IDL+STP....

对于取消TLP是整包示例如下

这里值得注意的是，EDB的Tokens是作为TLP的扩展，它不计算在TLP的lenth字段中，所以TLP包在传输的过程中，会直接带一个EDB作为TLP的取消。

之前提到了SKP作为整个数据库的结束，故如下图展示带SKP Tokens的整包示例

可以看到，在EBS之后，新的包是10+SKP+SKP_END+LSFR。故SKP Ordered Set作为整个数据块的结束

数据加扰

通过LSFR加扰，在128b/130b下，前两位H0/H1不会被加扰，EIEOS Ordered Set，SDS,SKP, EIOS不会加扰，LSFR会在EIEOS发送后加扰（有效数据加扰），在EIEOS接收后解扰（接收器解扰数据）。