ASPM

电源链接管理方案

活动状态电源管理（ASPM Active State Power Management）微软VISTA以及之后的系统上所支持的一种电源链接管理方案，尝试在设备（PCI Express）空闲时采用节电模式。

简介

具体模式分为：L0s、L1、L2。

L0s/L1级电源状态管理通过将链路置于电气空闲(E-IDLE)下来降低能耗。要求链路双方设备都能否实现L0s，快速的进入或退出电气空闲状态。从PCIe1.0开始，L0s级电源管理就是调试测试的一个难题。L1级也将链路置于电气空闲状态，需要链路双方协商，并且需要花较长的时间才能退出电气空闲。L1相对于L0会进一步降低功耗。链路宽度降低是根据链路数据传输流量控制而定，只要满足系统的吞吐率，可以适当的关闭原本活动的链路，以达到减小能耗。同样，当系统吞吐率要求增大时，能够开启被关闭的链路。链路的传输速率也可以在2.5Gbps和5Gbps之间切换，以最小的系统能耗完成数据传输任务。

详细介绍

PCI Express REV1.1基础规格

一个「Yes」的指令即表示须要支援(除非另有说明)、「On」及「Off」的指令表示需要时钟脉冲及电源输送、「On / Off」表示一个设计选择项目。

PCI Express连结电源管理状况

L0—正常运作：在L0模式下，连接处在全线运作状态，所有时钟都启用，任何传输作业都在正常延迟速度下进行，所有装置都必须支持这种模式。

L0s—连接待机：所有PCIe系统都必须支持L0s模式，在L0s模式中，时钟都维持运作，电源亦保持开启状态，但连接不会主动传送资料。这也意味着连接从L0s模式回复正常模式的时候时，必须要重新启动，但回复过程的延迟相当短暂。装置在从L0s回复时有不同的延迟时间，但是其变幅相当小。连接功能暂存器中定义的L0s延迟范围为64ns至4μs。

L0s有许多优点，由于不需要端点对端点的互动就能进入L0s模式，因此切换的速度相当快。由于时钟信号依然保持运作状态，因此离开的速度也相当快。此外，它能套用至连结的某一端(传送或接收端)，另一端仍能继续运作。这意味着系统从一端传送资料时，在大多数的时间会自动获得L0s的协助，但在送出讯框完成(FC)封包以及通知(ACK)封包时，连结就会被唤醒。L0s的缺点是时钟信号一直呈现运作状态，因此L0s模式会耗用不少电力。

传送器仅须传送Electrical Idle指令集，并将PCIe链路置于电力待机状态，就能将接收端置入L0s模式。Electrical Idle指令集是少数在实体层中进行解译名为Ordered Set的PCIe讯息。 Ordered Set指令集长度有四个字元，因此要将连结置入L0s模式时，需要的时间为4×10bits×400ps= 16ns，这是相当短的延迟。

因此，从L0s回复至正常模式也会相当地快，传送器只须在连结上传送几个Fast Training Sequence(FTS)Ordered Sets的指令集，连结就会回复至正常模式。而且，接收器可以指定要从范围在1到255的L0s回复所需的FTS数量。因此，其连接便可以在16ns至4ms间从L0s回复至正常的模式，实际时间则视接收器的功能以及时钟源而定。

L1—低耗电待机模式：L1则是PCIe的一种选项功能，其省电效率远超过L0s，但是缺点就是延迟时间较为长久。在L1模式中，PCIe参考时钟信号维持不变，但PCIe装置使用的内部锁相环回路(PLL)则被关闭，这种设计让省电效率得以超越L0s，但却衍生出较长的延迟和较高的传输占量(Overhead)。当下游装置切换至PCI电源管理模式(D1～D3)或是当装置已准备好透过上述自动电源控制机制ASPM进入L1模式时(图2)，系统就会进入L1模式。由於连结的两端都须参与作业，因此进入L1模式所涉及的端点对端点互动步骤比进入L0s模式还要多。图3显示进入L1模式所需进行的互动步骤。在这个例子中，下游连结埠被指示进入L1模式，并将负责管理传输作业。链路的其中一端或两端都可以发出指令，让链路从L0模式转换至L1模式。

首先，下游连结埠的电源管理逻辑栏位要求进入L1模式，为了要进入L1模式，该连结埠必须：

．．阻挡新的传输层封包(TLP)传输作业

．．确定回覆缓冲区已清空资料

．．确定已收到足够的流量控制权限，以便能在每个虚拟通道(VC)与每种资料流上达到最高容量的传输。因此，当所有条件都符合的时候，其中下游的连结埠就会开始持续传送一个PM Active State Request L1的资料链结层封包(DLLP)，最後直到收到PM Request Ack DLLP为止。在此同时，在上游部份，当收到PM Active State Request L1 DLLP的时候，就会触发一连串的事件，该连结埠必须：

．．阻断新的传输层封包(TLP)传输作业

．．等待回传缓冲区清空资料

．．等待收到足够的流量控制权限，以便能在每个虚拟通道(VC)与每种资料流上达到最高容量的传输

当上游元件符合所有条件的时後，就会开始传送一个PM Request Ack DLLP，这个讯号会触发下游元件转移至L1模式，并且透过上述的程序使得连结切换至闲置状态。

这种程序看似复杂，但全部都是由PCIe状态机器负责执行，如果装置支援L1 ASPM机制，主机软体甚至完全不必执行任何作业。这就是PCIe电源管理技术的优点。连结的任何一端皆可以让连结离开L1状态(图3)，当装置决定要离开L1模式时，就会开始传送TS1指令集到连结的另一端。回复程序会迅速回复连结的时序，并确保连结的实际参数跟连结关闭时完全一样，从L1模式回复所需的时间不到64ms，这个过程的时间愈短代表连结消耗的电力愈少。

L2—辅助电源模式：除了关闭装置上所有电源外，L2模式是耗电量最低的状态。在L2模式中，所有装置的时脉讯号都处在闲置状态，只剩下用来侦测网路唤醒功能(WAKE)与信标(Beacon)事件的低频时脉。系统只能利用VAUX为装置提供电力。若WAKE被启动时，VAUX则供应高达375mA的电流，若WAKE关闭时，VAUX则只供应20mA的电流，进入L2模式与进入L1模式非常类似，两者间只有以下差异：

．． L2无法透过ASPM来触发，只能由主机来触发

．． L2模式进入协定会将连结切换至「L2_ready」状态。当主机看到下游连结处於L2模式时，就会移除VMAIN。

．．装置须要运用更多的电源关闭步骤来进入L2模式

等候状态、连结层传输、通讯协定电源规画等，这些都是为了延长电池续航力所需要的关键要素。可携式电子产品节省电力的关键在於缩短产品处理作业上的时间，以及缩短元件之间传输作业的时间，如此，电子装置在标准运作模式下的耗电量就愈低。更确切地说，可携式装置进出各种作业的速度愈快，省电效率就愈高。为达到这项目标，在开发装置必须考量PCI Express的能力。

许多业者等候PCI Express大举进军桌上型电脑与伺服器产品，根据上述特别的考量因素，PCI Express一直在开发电源敏感度协定。因此，当看到设计业者及工程师将PCI Express视为注重电池续航力的高速资料连结理想介面时，也毋须觉得讶异。考虑到人们对於「更快」、「更轻巧」，以及「功能更强劲」的看法永远无法一致，业者在开发未来的笔记型电脑与可携式运算装置之际，PCI Express必然成为资料连结的最佳选择。

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