TWI298839B - Pci express transitioning link power state system and method thereof - Google Patents

Description

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三達編號：TW2351PA ‘ 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種電源狀態轉換系統及其方法，且特別 是有關於一種PCI Express鏈結電源狀態轉換系統及其方法。 【先前技術】 隨著時間的巨輪不斷向前邁進，在個人電腦原為主流的周 邊零件連接介面（Peripheral Component Interconnect，PCI)，在 g 未來的處理器與輸出/輸入元件需要更高的傳輸頻寬，已漸漸超 出PCI的範圍。業界因此推出新一代的PCI Express，以做為未 來各種運算平台的標準區域輸入/輸出匯流排。其最大特色係為 效能的提升，單向傳輸速率即可達2.5GHz，更可藉擴增通道 (lane)增加傳輸速率，例如使用4通道即可使傳輸速度提升4倍。 高級配置與電源介面（Advanced Configuration and Power Interface，ACPI)，係定義元件於各個情況下之電源狀態，稱為 元件電源狀態（device power states，D-states)。而 PCI Express 更進一步的定義元件間之鏈接之電源狀態，稱為鏈接電源狀態 ® (link power states，L-states)。且各個鏈接電源狀態與元件電源 狀態亦有相對應之關係。 元件電源狀態D0(Full-On)係表示元件係於正常工作的狀 態下。元件於元件電源狀態DO時，此時元件之間之鏈結係處 於鏈接電源狀態L0、LOs或L1。 元件電源狀態D1及D2並未明顯地定義出，但概括而言， 元件電源狀態D2較DO與D1節省電力，但保持較少元件的狀 態。元件電源狀態D1較D2節省電力，但可保持更多元件的狀 態。元件電源狀態D1及D2係對應至鏈接電源狀態L1。 6 .1298839

三達編號·· TW2351PA ^ 元件電源狀態D3(〇ff)表示關機狀態，包括有D3cold與 D3hot狀態。當元件於D3cold狀態時，表示主電源未提供至元 件。當元件於D3hot狀態時，表示主電源提供至元件。當元件 之電源狀態係於D3 cold狀態，若有輔助電源（auxiliary power) 提供給元件，則元件之間之鏈結係對應至鏈接電源狀態L2 ;若 無電源提供給元件，則元件之間之鏈結係對應至鏈接電源狀態 L3。元件電源狀態D3hot係對應至鏈結電源狀態L1或L2/L3 ready 〇 g 鏈接電源狀態L0係元件之間之鏈接於正常工作狀態之電 源狀態。鏈接電源狀態LOs係於元件之間的鏈結傳輸資料時， _ 若有短暫的資料傳輸的閒置時段，可進入鏈接電源狀態LOs以 ' 減少功率的耗損。 元件之間之鏈接於鏈接電源狀態L1時，元件係於暫停無 工作要求的狀態下，而會減低元件之間之鏈接電力的需求。此 時，並無時脈訊號之觸發，及鎖相迴路電路（Phase Locked Loop，PLL)亦暫停使用。 鏈接電源狀態L2與L3係為關機狀態，差別在於鏈接電源 ® 狀態L2有輔助電源的存在，而鏈接電源狀態L3無輔助電源。 在PCI Express的規格下，係有硬體機制的主動狀態電源 管理（Active State Power Management，ASPM)以處理鏈接電源 狀態LOs進入鏈接電源狀態L1的換轉。 此外，PCI Express也有軟體控制的電源管理機制 (programmed Power Management，PPM)。但利用軟體控制使上游 元件與下游元件之間的鏈結於鏈接電源狀態L0轉變為鏈接電 源狀態L1時，上游元件係發出命令使下游元件進入非元件電源 狀態DO之電源狀態，卻往往容易因為訊號傳遞不良，使得上 1298839

二達編號：TW2351PA 存7L件與下游元件同時在等待對方的回應，而使其之間鍵結無 法順利進入鏈接電源狀態L1，進而發生系統當機的情況。 【發明内容】 本發明在提供一種PCI Express鏈結電源狀態轉換系統及 其方法，使元件之間的鏈結進入鏈結電源狀態乙丨而可節省電 力’且避免造成系統當機。 本發明提出一種PCI Express之鏈結電源狀態轉換方法， 用於一上游兀件及一下游元件之間之一鏈結（Un幻。首先，上游 兀:輸出一配置要求至下游元件，以改變下游元件之元件電源 狀恶，鏈結係於一第一鏈結狀態。之後，下游元件輸出一電源 進入。K唬至上游元並開始計數。若計數結束，仍未接收到一電 源要求回應訊號，則使鏈結係進入一回復狀態後再回到第一鏈 、、、口狀恶，之後，下游元件再次輸出電源進入訊號。 本發明另提出一種PCI Express鏈結電源狀態轉換系統， 包括上游元件、下游元件及鏈結。上游元件係輸出配置要求至 下游兀件，以改變下游元件之元件電源狀態。下游元件接收配 置要求後輸出一電源進入訊號至上游元件，並開始計數。鏈 結連結於上游元件與下游元件之間，上游元件與下游元件透過 鏈結相互傳輸資料。其巾，若計數結束後，下游元件仍未接收 ^電源要求回應訊號，則使鏈結係進入一回復狀態後再回到 第一鏈結狀態，之後，下游元件再次輸出電源進入訊號至上游 凡件，並重新開始計數。其中當上游元件輸出配置要求時，鏈 結係於第一鏈結電源狀態以正常傳輸資料。 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下 文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： •1298839 三達編號：TW2351PA 【實施方式】 請參照第1圖，其繪示依照本發明一較佳實施例的PCI Express鏈結電源狀態轉換系統之方塊圖。 本發明PCI Express鏈結電源狀態轉換系統包含有：一上游 元件11〇，一下游元件12〇，以及一鏈結13〇。其中鏈結13〇電 性連結於上游元件110與下游元件130之間。 上游元件110包括交易層lll(Transaction Layer，TL)、資 Φ 料鏈結層 U2(Data Link Layer，DLL)及實體層 113(Physical Layer，PHY) 〇 父易層111係產生資料封包（data packet)至資料鏈結層 12或接收寅料鍵結層112傳輸而來之資料封包，亦管理與元 件之間的流量控制（flow contr〇1)。而交易層接收或產生之資料 封包稱為父易層封包（Transacti〇n Layer packets，TLPs)。 二資料鏈結層112與實體層113之間傳輸之資料封包，以及 舁又易層U 1之間傳輸資料封包。資料鏈結層112接收資料封 • 包後提供交易層封包至交易層111，或接收交易層ill輸出之交 易層封^以輸出資料封包至實體層113。而資料鍵結層在做以 乍守更了偵錯以穩定傳輸資料封包。資料鏈結層u 2與 實體層113之間傳輸之資料封包係為資料鏈結層封包（Data Link Layer Packets ^ DLLPs) 〇 、/體層113負責在元件11〇與元件12〇之間的鏈結（Lhk) ^封包。實體層113自元件12G接收封包後，係轉為資料鍵 …層封，輸至資料鏈結層112。實體層113亦接收資料鍵結層 2之貝料鏈結層封包後，透過與元件12〇之鏈結傳送 元件120。 9 1298839

三達編號：TW2351PA 而下游元件12〇包括交易層121、杳极α 匕花又约層貝枓鏈結層122及實體 曰 。各層之動作亦如上述，於此不再重述。 請參照第2圖，其繪示依照本發明—較佳實施例的 xpress鏈結電源狀態轉換方法流程圖2〇〇。 首先，·上游元件110之電源管理係輪出一配置要求 (⑶nflgurati〇nrequest)至下游元件12〇，以改變下游元件^〇之 兀件電源狀態(步驟202)。例如改變為元件電 D3hot。 &

*此時，上游元件110與下游元件120之間之鍵結i3〇係於 ^-鏈結電源狀態，其中第—鏈結電源狀態例如為鏈結電源狀 L L0。虽在第一鏈結電源狀態時，可正常傳輸資料。其中配置 要求（configuration reqUest)係為交易層封包。上游元件}丨〇例如 為根聯合體（Root Complex)，而下游元件i2〇為端點 (Endpoint)，例如為顯示卡。 … 接著，下游元件12〇對應上游元件110之配置要求 (configuration reqUest)，係暫停產生交易層封包TLp(步驟 21〇)。之後下游元件120等待並接收上游元件11〇對於下ς元 件120之前所製造之交易層封包所產生之回應訊號（步驟2⑴。 接著，下游元件no停止產生除了 PM_Enter_u資料鏈結層封 包之外的資料鏈結層封包DLLp(步驟212)。之後，下游元件^0 輸出電源進入訊號PM一Enter—L丨至上游元件i丨〇並開始計 間（步驟213)。 $ 之後，下游元件120偵測是否收到回應要求訊號電源要求 回應訊號PM—Request—Ack(步驟214)。其中電源要求回應訊號 PM—Request—Ack，是由上游元件11〇所發出告知收到電源進= 訊號PM_Enter—L1的回應訊號。 .1298839

三達編號：TW2351PA 接著，上游元件110判斷是否收丨 疋贪叹到電源進入訊號 PM—Enter L1 (步驟203)。當上游分技11Π a ^ —^ )田上/抒兀件110收到電源進入訊號 PM_Enter—L1後’上游元# 110停止產生交易層封包TLp(步驟 綱）。之後上游元件110等待接收其之前產生之交易層封包的 回應訊號（步驟205)。接著，上游元件11〇停止產生除了電源要 求回應訊號PM_Request一Ack之外的資料鏈結層封包DLLp(步 驟 2 0 6 ) 〇 之後，上游元件110輪出電源要求回應訊號 φ PM-Re(luest—Ack至下游元件丨2〇(步驟207)。 當下游元件I20輸出電源進入訊號PM 一 Enter—L1後就會開 始計數時間（如上述步驟213)。如果在計數結束前，下游2件 120收到由上游元件11〇所輸出的電源要求回應訊號 PM—Request—Ack，則使得鏈結130進入電氣閒置（步驟215)。 當上游το件110判斷鏈結13〇進入電氣閒置的狀態後（步驟 2〇8)，接著使得鏈結13〇進入一第二鏈結電源狀態（步驟2〇9)。 其中第二鏈結電源狀態例如為L1。最後，下游元件12〇於鏈結 130已改變鏈結電源狀態後，亦進入元件電源狀態di、D2或 D3hot(圖中未顯示）。 反之，如果在計數結束後，下游元件12〇沒有收到由上游 兀件110所輸出的電源要求回應訊號PM—Request—Ack，則使得 鍵結130進入回復狀態（Recovery state)(步驟216)。接著，再回 到第一鏈結電源狀態（例如L〇 state)(步驟217)。之後，下游元 件120會再次輸出電源進入訊號pM—Enter—L1至上游元件ιΐ〇 並重新開始計數時間（回到步驟213) 其中鏈結130從鏈結電源狀態L1轉換至回復狀態之動 作’稱為觸發再訓練（trigger retrain)。 11 1298839

三達編號：TW2351PA 由上述說明可以得知，在本發明中，下游元件丨2〇會一直 輸出電源進入訊號PM—Enter一L1到上游元件11 〇中，直到下游 元件120收到電源要求回應訊號pm—ReqUest—Ack訊號為止。 由上述說明可以得知，若下游元件120確實接收到上游元 件11〇輸出之電源要求回應訊號PM_Request—Ack，使鏈結130 進入電氣閒置。若下游元件120未收到電源要求回應訊號 PM—Request—Ack ’則使得鏈結130進入回復狀態在回到第一鏈 結電源狀態（例如L0 state)。 _ 本發明於下游元件120端加入一計數時間，當下游元件 120輸出電源進入訊號PM一EnterJL1後就開始計數，如果在計 數結束後，下游元件120並未收到上游元件11〇輸出的電源要 • 求回應訊號PM—Request—Ack，則使得鏈結進入回復狀態之後再 回到第一鏈結電源狀態，如此可避免系統一直等待電源要求回 應訊號PM—Request一Ack而造成之當機。 由上述的說明可以得知，利用本發明可以避免上游元件 110未收到電源進入訊號PMJEnter_L1或者下游元件12〇未收 到電源要求回應訊號PM—Request_Ack而使得系統過度等待的 _ 情形發生。 於步驟213中，計數時間為可程式的。本發明中，計數時 間可設置為32個周期、64個周期或等待電源要求回應訊號。 本心月上述貫施例所揭露之pCI Express鏈結電源狀態轉換 系統及其鏈結電源狀態轉換方法，於改變鍵結電源狀態時，以 計數之方式使元件之間的鏈結確實進入下一鍵結電源狀態，如 此可達到原本節省電力之目的之外，更可解決原始設計之弊病 以避免轉換電源狀態而造成系統當機。 綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其 12 1298839

三達編號：TW2351PA ^ 並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

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三達編號：TW2351PA 【圖式簡單說明】 第1圖繪示圖係依本發明提出之較佳實施例之PCI Express鏈結電源狀態轉換系統之方塊圖。 第2圖繪示依照本發明一較佳實施例的PCI Express鏈結 電源狀態轉換方法流程圖 【主要元件符號說明】 110 :上游元件 > 120 :下游元件 111、 121 :交易層 112、 122 :資料鏈結層 113、 123 :實體層 130 :鏈結

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Claims (1)

1. ,1298839 三達編號：TW2351PA 十、申請專利範圍： i· 一種PCI Express之鏈結電源狀態轉換方法，用於一鏈 結’ S鏈結係連結於一上游元件及一下游元件之間，該方法包 括： 該上游元件輸出一配置要求至該下游元件，以改變該下游 元件之元件電源狀態，該鏈結係於一第一鏈結狀態；以及 該下游元件輸出一電源進入訊號至該上游元件並開始計 數一計數時間； φ 其中若該下游元件計數結束後，仍未接收到一電源要求回 應訊號’則使得該鏈結進入一回復狀態。 2·如申請專利範圍第1項所述之電源狀態轉換方法，更 包括： 3亥下私元件對應該上游元件之該配置要求，暫停產生交易 層封包（Transaction Layer Packets，TLPs); 該下游元件等待接收該上游元件之前產生之交易層封包 之一回應訊號；以及 該下游元件停止產生資料鏈結層封包（Data Link Layei· 擊 Packets，DLLPs)。 3.如申請專利範圍第1項所述之電源狀態轉換方法，其 中更包括： ^ 該上游元件接收該電源進入訊號後，停止產生交易層封 包； 3 該上游元件等待接收該下游元件之前產生之交易層封包 之一回應訊號；以及 該上游元件停止產生資料鏈結層封包。 4·如申請專利範圍第3項所述之電源狀態轉換方法，其 15 • 1298839 該電源進入訊號輸出該電源要求 回應 三達編號：TW2351PA 中更包含該上游元件對應 訊號至該下游元件。 5·如申請專利範圍第！項所述之電源狀態轉換方法，盆 :更包含該鏈結進入該回覆狀態後再進入該第一鏈結電源狀 6,如申請專利範圍帛5項所述之電源狀態轉換方法，其 中更包含該鏈結進人該第_鏈結電源狀態後，該下游元件再: 輸出該電源進入訊號至該上游元件並重新計數。 人 7·如申請專利範圍f丨,所述之電源狀態轉換方法，其 更c括若忒下游元件於計數時間結束前，接收到該電源要求 回應Λ唬，則使得該鏈結進入電氣閒置。 8·如申請專利範圍帛7項、所述之電源狀態轉換方法，其 中更包，當該鏈結進人電氣閒置後，停止"傳輸並使該鍵結 進入一第二鏈結電源狀態。 斤如申巧專利範圍第8項所述之電源狀態轉換方法，其 中4第一鏈結電源狀態係為鏈結電源狀態L1。 ^ 1〇·如申請專利範圍第1項所述之電源狀態轉換方法，其 令。亥配置要求係為交易層封包，該電源進人訊號係為資料鏈結 層封已而5亥電源要求回應訊號係為資料鏠結層封包。 j1 ·如申请專利範圍第1項所述之電源狀態轉換方法，其 中孩第鏈結電源狀態係為鏈結電源狀態l〇。 12·如申請專利範圍第丨項所述之電源狀態轉換方法，其 中该。十數日^間為32個周期、64個周期或持續等待該電源要求 回應訊號。 如申睛專利範圍第1項所述之電源狀態轉換方法，其 中該方法可用於-PCI Express系統中。 16 ,1298839 —達編5虎，TW2351PA M•一種鏈結電源狀態轉換系統，包括·· 下游係輸出—配置要求至該下游元件，以改變該 下游兀件之元件電源狀態； 卞乂汉欠口哀 一下游元件，接收該配置要求後 該上游元件；以及 Μ輸出―電源進入訊號至 —鏈結，連結於該上游元件與該下游元件 件與該下游元件透過該鏈結相互傳輸資料 以上存兀 配置要求時，該鏈結係於一第一鏈存几件輸出該 发由—A H原狀恶以正常傳輸資料； 號至节上、件設有—計數時間，當輸出該電源進入訊 二二„開始計數’若計數結束後，該下游元件仍未 ㈣訊號，則使得該鏈結係進入-回復狀態。 盆中今上、r -株月專利犯圍第14項所述之鍵結電源管理系統， I 牛以及該下游元件分別包含有：-交易層，一資 料鏈結層，以及一實體層。 曰 、 二如申請專利範圍第15項所述之系統，其中該配置要 =為以層封包，該電源進人訊號係為資料鏈結層封包，而 邊電源要求回應訊號係為資料鏈結層封包。 一 η·如申請專利範圍第15項所述之系統，其中者談 =收到該配置要求，該交易層停止產生交易層封包，該資料 鏈結層停止產生資料鏈結層封包。 、" 元件二如申請專利範圍第15項所述之系統，其中當該上游 凡件收到該電源進人訊號後，該交易層停 該資料鏈結層停止產生資料鏈結層封包。 又易層封包’ _ 19·如申請專利範圍第15項所述之系統，其中當該上游 二件收到該電源進人訊號後，該上游元件輸出該電源要求回應 ^號至該下游元件。 〜 17 J298839 三達編號：TW2351PA 20.如申請專利範圍第14項所述之系統，其中當該鏈結 進入，回覆狀態後再使得該鍵結進入該第一鍵結電源狀態，之 後使仔π亥下游兀件再次輸出該電源進入訊號至該上游元件並重 新計數。 、21·如中請專利範圍第14項所述之系統，其中該第一键 結電源狀態係為鏈結電源狀態。 如申請專利範圍第Η項所述之系統，其中若計數結 月J "下游70件接收到該電源要求回應 進入電氣間置狀態，之後停止資料夕徨^便仔视 第二鏈結電源狀態。 貝狀㈣，歧得鏈結進入- 結電:丄申=專利範圍第22項所述之系統’其中該第二鏈 其中二：：f、專利範圍第14項所述之電源狀態轉換系統， .:^間為32個周期、64個周期或持續等待节雷漁| 求回應訊號。 、寻侍4電源要 其中該上i:::利：圍第Μ項所述之電源狀態轉換系統， 端點咖Ρ=;Γ根聯合雖ootcompiex)，該下游元件為一 其中該方法:月，，，弟14項所返之電源狀態轉換系統， J用於一 PCI Express系統中© 18