以下文章來源于LPIoT，作者水鳥LPIoT

Pcie數據鏈路層

PCIe的數據鏈路層在事務層和物理層之間，用來負責鏈路管理，其主要功能是保證來自事務層的TLP在PCIe鏈路中的正確傳輸，為此數據鏈路層定義了一系列的DLLP報文，數據鏈路層使用了容錯和重傳機制保證數據傳輸的完整性和一致性（TLP ACK/NAK），此外數據鏈路層還需要對PCIe鏈路進行管理（電源管理）和監控（流量控制）。

與事務層不同的是，數據鏈路層主要處理端到端（同一條PCIe物理鏈路相鄰兩端設備的發送端和接收端）的數據傳輸；而事務層是源設備和目標設備之間的數據傳輸（源設備與目標設備之間傳輸距離更長，可能經過多個Switch并有多條PCIe物理鏈路）。此處類似于網絡通訊的概念，鏈路層通訊在直接物理相連的設備端口進行，網絡層通訊可以跨過多個設備進行。

數據鏈路層結構

數據鏈路層使用ACK/NAK協議發送和接收TLP（事務層報文），由發送部件和接收部件組成（每個PCIe設備的數據鏈路層包含了這兩部分，而兩個PCIe設備間的通信是發送部件和接收部件成對實現的），如下圖所示；

發送部件由1.Replay Buffer、2.ACK/NAK DLLP接收邏輯和3.TLP接收邏輯組成；

接收部件由1.“Error Check”邏輯、2.ACK/NAK DLLP發送邏輯和3.TLP發送邏輯組成。

PCIe總線數據鏈路層使用Replay Buffer和Error Check部件共通保證數據傳輸的可靠性和完整性；來自事務層的TLP先暫存在Replay Buffer中，然后發送到目標設備；源設備的數據鏈路層根據來自目標設備的ACK/NAK DLLP報文來決定是重發這些TLP，還是清除存放在Replay Buffer中的TLP。

1.Replay Buffer的大小決定過了事務層可以暫存在數據鏈路層的報文數量；

2.PCIe設備使用Error Check檢查接收到的TLP，并決定如何向對端設備進行報文回應；

數據鏈路層狀態

數據鏈路層需要通過物理層來監控PCIe鏈路狀態，并維護數據鏈路層的“控制與管理狀態機”（Data Link Control and Management State Machine，DLCMSM），可以從物理層獲得與當前PCIe鏈路相關的狀態，如下圖所示：

DLCMSM主要包含三個狀態：DL_Inactive、DL_Iinit、DL_Active

DL_Inactive狀態：物理層通知數據鏈路層當前PCIe鏈路狀態不可用，沒有檢測到PCIe鏈路的對端連接了PCIe設備；PCIe設備從復位狀態進入DL_Inactive狀態時，進行如下操作：

（1）對PCIe數據鏈路層進行徹底復位：將與PCIe鏈路相關的寄存器置為復位值，并丟棄在Replay Buffer中保存的所有報文；

（2）數據鏈路層向事務層提交DL_Down狀態信息；

（3）丟棄來自數據鏈路層和物理層的所有TLP，不再接收對端設備發送的DLLP；

（4）如果PCIe鏈路對端有PCIe設備相連，則物理層的LinkUp狀態位為1，且事務層并未禁止當前PCIe鏈路時，數據鏈路層將從DL_Inactive狀態遷移到DL_Init狀態。

（5）如果PCIe鏈路對端不存在PCIe設備，則物理層的LinkUp狀態位為0，此時數據鏈路層一直處于DL_Inactive狀態。

2.DL_Iinit狀態：物理層通知數據鏈路層當前PCIe鏈路可用（LinkUp = 1），且物理層正處理鏈路初始化狀態，此時數據鏈路層不能接收或發送TLP和DLLP；

3.DL_Active狀態：當前PCIe鏈路處于正常工作模式，物理層已完成PCIe鏈路訓練（LTSSM）；此時數據鏈路層可以從事務層和物理層正常接收和發送TLP，并處理DLLP。在多數情況下數據鏈路層從DL_Active狀態遷移到DL_Init狀態，意味著處理器系統出現了異常，系統軟件需要處理這些異常；但如下情況的狀態遷移不會引發異常。

DLCMSM除了從物理層獲得當前PCIe鏈路狀態外，還可以使用狀態位向事務層報告數據鏈路層所處的狀態；如上圖所示，當數據鏈路層收到物理層的狀態信息后，DLCMSM狀態機將進行狀態轉換，并向事務層通知PCIe鏈路的狀態。

1.DL_Down：數據鏈路層處于該狀態時，表示PCIe鏈路暫時沒有檢測到對端連接設備（并非對端不存在物理設備）；當數據鏈路層處于DL_Inactive時，該狀態位有效；

2.DL_Up：數據鏈路層處于該狀態時，表示PCIe鏈路的對端連接了設備；當數據鏈路層處于DL_Acive狀態時，該狀態位有效。

事務層對DL_Down/Up狀態的處理

當事務層收到數據鏈路層的DL_Down狀態信息時，則說明出現了如下狀況：

1.PCIe鏈路的對端沒有連接設備；

2.PCIe鏈路丟失了對端設備的連接；

3.數據鏈路層和物理層出現了某種錯誤，PCIe鏈路不能正常工作；

4.系統軟件禁用PCIe鏈路。

事務層受到DL_Down狀態信息后：

1.將不再從數據鏈路層中接收TLP，除了已經使用ACK/NAK報文確認過的TLP；

2.RC或Switch的下游端口將復位與鏈路相關的內部邏輯和狀態；

3.Switch和Bridge的上游端口將復位相關的內部邏輯和狀態，并丟棄正在處理的TLP；

——此時Switch和PCIe橋使用Hot Reset方式復位所有下游端口。

以上是《PCIE數據鏈路層整體架構》，敬請關注后續內容