PCIe系列第七講、PCIe的實體層

本章将着重講述PCIe實體層組成與操作，實體層位于資料鍊路層之下，可産生PLP包（Physical Layer Packet）進行管理。

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從作用方面考慮：實體層位于資料鍊路層和PCIe鍊路之間，其主要作用是：

1、 發送來自資料鍊路層的TLP和DLLP。

2、 發送和接收在實體層産生的PLP封包 

3、 從PCIe鍊路接收資料封包并發送到資料鍊路層 

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從組成結構方面考慮，實體層主要由實體邏輯子層和實體電氣子層構成，側重于實體電氣子層，PCIe鍊路通過LTSSM狀态機對PCIe鍊路進行控制和管理，邏輯子層主要完成與資料鍊路層的資料交換，由發送邏輯和接收邏輯組成。

發送邏輯 ：

1、實體層從資料鍊路層中擷取TLP或DLLP，将其存放到TX Buffer中 

2、實體層将TX buffer中的資料添加實體層的字首（Start Code）和字尾（End Code），之後通過多路選擇器MUX，進入Byte Strpping子產品。（因為實體層也定義了一系列PLP，這些PLP也可以通過MUX，進入Byte Stripping部件） 

3、PCIe鍊路由多個Lane構成，Byte Stripping部件将封包發送到不同的Lane中，由于PCIe不同的Lane中傳遞的資料可能存在漂移，即Skew，Byte Stripping的一個重要功能就是消除這個漂移，即De-Skew。

4、資料進入到各自Lane的加擾（Scramber子產品），“加擾”後進行8b/10b編碼，最後通過并串轉換子產品發送到PCIe鍊路中。

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接收邏輯 ：

1、 實體層從PCIe鍊路的各個Lane中獲得串行資料，串并轉換之後經過8b/10b解碼和De-Scramber解擾之後，發送到“Byte Unstripping”部件。

2、 “Byte Unstripping”部件将來自不同Lane的的資料進行合并，進行De-Skew操作，然後取出實體層字首字尾并進行邊界檢查後，将資料放入RX buffer中。

3、 實體層将Rx Buffer中的資料發送到資料鍊路層。

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從信号處理的角度來看（Scramber加擾），在串行鍊路上進行傳輸時，如果字元流存在一些規律，這些“規律”将會疊加，并産生較大的EMI（Electromagnetic Interference，電磁噪聲）。

Scramber的主要作用是通過“加擾”的方式削減EMI，所謂“加擾”就是将資料流與一個随機序列進行異或操作後，再發送出去。此時被發送的資料流也基本是僞随機序列，進而降低了發送資料時的EMI PCIe總線通過一個16位的線性回報移位寄存器生成僞随機序列，核心是m序列，在m序列中，“0”和“1”的數量基本相等，但是“1”多一點，因為全0不可以作為初始值。

來自Byte Stripping部件的資料鍊與這個僞随機序列中的字元流進行異或操作，進而生成一個較為随機的随機數，進而降低EMI。

De-Scramber進行去擾操作，其随機多項式與Scramber完全相同且完全同步，即使用相同的初始值（0xffff），PCIe鍊路兩端裝置每次加擾一個8b資料後，LFSR進行8次移位操作。

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最後，以一個事務層包發送執行個體對實體層進行說明：

一個TLP在通過實體層時，首先要添加Start Code和End Code，分别為STD和END，STD的控制字元為K27.7和K29.7。STD和END字元在通過實體層時，不需要進行加擾解擾操作。資料鍊路層字首、TLP、資料鍊路層字尾都屬于資料字元，這些字元在通過實體層時需要進行加擾解擾操作，之後進行8b/10b轉換，并串轉換後發向PCIe鍊路。控制字元和資料自讀都需要根據實體層CRD的狀态，決定使用CRD-還是CRD+。PCIe鍊路的兩端進行加擾解擾操作時，需要保證使用的LFSR寄存器同步，LFSR寄存器的同步由控制字元COM控制，在初始複位時LFSR寄存器的int value為0xffff，當接收到控制字元COM後，實體層将LFSR寄存器的值置為0xffff，此外實體層在接收到SKP控制字元後，不會對LFSR進行移位操作。