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Overview

本文将介绍 PCIe PHY 中的 trainning 与 link up 的区别与联系。

在 PCIe PHY (Physical Layer) 中，Training 和 Link Up 是两个密切相关但各自独立的阶段，它们在建立和管理 PCIe 通信链路中扮演不同角色。以下是对两者的详细解释及其关系，并附带举例说明。

PHY Training

Training 是 PCIe 链路初始化过程中用于校准和参数协商的关键阶段，其目标是确保双方设备在传输物理信号时的可靠性和高效性。该过程主要发生在链路建立的早期阶段，包括以下内容：

• 均衡训练 (Equalization Training)：
  用于调整收发器的信号均衡参数（例如前馈均衡 (FFE)、决策反馈均衡 (DFE) 等），以适应物理信号传输的损耗和噪声特性。此过程在较高速率（例如 PCIe Gen3/4/5）时尤为重要。

• 协商速率 (Speed Negotiation)：
  双方协商链路支持的最大数据速率（例如 2.5 GT/s、8 GT/s 或更高）。如果高速传输失败，设备可能会回退到较低速率。

• Lane Configuration：
  确定链接使用的 Lane 数（例如 x1、x4、x16）和拓扑连接状况。

• 同步检测：
  确保链路双方正确识别数据流，并校准时钟。

训练阶段并未传输实际的用户数据，而是使用专门的控制和测试模式（例如 TS1、TS2 信号），以确保链路对接正确并优化参数。

PHY Link Up

Link Up 是指 PCIe 链路在训练完成后，成功建立物理层和数据链路层之间的通信并进入正常工作状态。它标志着设备准备好进行实际的数据传输。

• Link Training Status State Machine (LTSSM)：
  PCIe 标准定义了 LTSSM 状态机，其状态会从 Detect、Polling、Configuration 等阶段逐步演进到最终的 L0（正常操作模式）。只有在 Training 成功后才能进入 L0 状态。

• 数据链路层初始化：
  当物理层链路建立后，数据链路层需要进行一些额外的初始化，例如序列号对齐、错误检测和流量控制的设置。

• 实际通信：
  一旦链路进入 L0，设备间即可通过该链路传输 TLP（Transaction Layer Packet） 和 DLLP（Data Link Layer Packet），完成设备间的实际数据交互。

区别与联系

区别：

属性	Training	Link Up
阶段	初始化链路阶段（链路建立之前）	链路已经建立（可正常通信）
目的	校准信号、速率和 Lane，确保链路稳定性	进入数据传输模式，允许设备进行正常数据交互
使用的数据	TS1/TS2 信号用于均衡、配置	实际传输 TLP 和 DLLP
角色	物理层优化与配置	数据链路层与事务层完成实际功能

联系：

• Training 是 Link Up 的前提条件 ：只有完成 Training，确保物理链路可用性后，才可能进入 Link Up 状态。

• 共同点 ：两者均涉及链路的校准与状态管理，且都依赖 LTSSM 的状态转换。

• 失败结果 ：如果 Training 失败，链路无法进入 Link Up；若 Link Up 失败，则无法完成高层数据传输。

实际案例分析

以 PCIe Gen4 x4 链路为例：

1. Training 阶段：

• 初始化时，主机（Root Complex）和设备（Endpoint）发出 TS1 和 TS2 信号协商链路。

• 如果 Gen4（16 GT/s）的信号质量较差，均衡训练会尝试优化收发器的信号参数。

• 若 Gen4 训练失败，设备可能回退至 Gen3（8 GT/s）速率。

2. Link Up 阶段：

• Training 完成后，LTSSM 进入 L0 状态。

• 主机通过数据链路层发送 DLLP，检查链路健康。

• 如果确认正常，系统启动数据事务。例如，主机向 PCIe SSD 发送写命令或读取数据。

通过上述过程可以看出，Training 为链路的稳定奠定基础，Link Up 则是实际的工作阶段。