PCIe物理层逻辑部分基础

PCIe的Layer结构图

 

PCIe中的物理层主要完成编解码（8b/10b for Gen1&Gen2，128b/130b for Gen3 and later）、扰码与解扰码、串并转换、差分发送与接收、链路训练等功能。其中链路训练主要通过物理层包Ordered Sets来实现。

PCIe Spec将物理层分为两个部分——逻辑子层和电气子层，如下图所示：

如上图所示，PCIe物理层实现了一对收发差分对，因此可以实现全双工的通信方式。需要注意的是，PCIe Spec只是规定了物理层需要实现的功能、性能与参数等，至于如何实现这些却并没有明确的说明。也就是说，厂商可以根据自己的需要和实际情况，来设计PCIe的物理层。下面将以Mindshare书中的例子来简要的介绍PCIe的物理层逻辑部分，可能会与其他的厂商的设备的物理层实现方式有所差异，但是设计的目标和最终的功能是基本一致的。

物理层逻辑子层的发送端部分的结构图如下所示：

 

在进行8b/10b编码之前，Mux会对来自数据链路层的数据中插入一些内容，如用于标记包边界或者Ordered Sets的控制字符和数据字符。为了区分这些字符，Mux为其对应上一个D/K#位（Data or Kontrol）。

注：图中还包含了Gen3的一些实现，不过这里只介绍Gen1 & Gen2，并不会介绍Gen3。如果大家感兴趣的，可以去阅读Mindshare的书籍或者参考PCIe Gen3的Spec。

Byte Striping将来自Mux的并行数据按照一定的规则（后面会详细地说）分配到各个Lane上去。随后进行扰码（Scrambler）、8b/10b编码、串行化（Serializer），然后是差分发送对。

其中扰码器（Scrambler）是基于伪随机码（Pesudo-Random）的异或逻辑（XOR），由于是伪随机码，所以只要发送端和接收端采用相同的算法和种子，接收端便可以轻松地恢复出数据。但是，如果发送端和接收端由于某些原因导致其节拍不一致了，此时便会产生错误，因此Gen1和Gen2的扰码器（Scrambler）会周期性地被复位。

物理层逻辑子层的接收端部分的结构图如下图所示：

由于PCIe采用的是一种Embeded Clock（借助8b/10b）机制，因此接收端在接收到数据流时，首先要从中恢复出时钟信号，这正是通过CDR逻辑来实现的。如上图所示，接收端的逻辑基本上都是与发送端相对应的相反的操作。