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UCIE協(xié)議主要包括protocol層，Adapter層和PHY層。Protocol層復(fù)用CXL，PCIE或自定義的stream流格式。

Adapter層主要負責(zé)：

數(shù)據(jù)的可靠傳輸。實現(xiàn)retry，CRC校驗，奇偶校驗等功能。
多路傳輸仲裁和復(fù)用。D2D adapter支持多路數(shù)據(jù)共用物理層傳輸，Adapter層實現(xiàn)對數(shù)據(jù)源的仲裁和選擇。
物理層鏈路狀態(tài)管理。
傳輸協(xié)議和參數(shù)協(xié)商。

protocol和Adapter之間基于flit的FDI接口，即flit aware D2D interface。Adapter和PHY之間基于RDI接口，Raw D2D interface。功能示意如下：

協(xié)議棧復(fù)用

D2D支持多個protocol復(fù)用同一個Adapter進行傳輸，由參數(shù)Multi_Protocaol_Enable和Enhanced Multi_Protocol_Enable決定。

D2D支持同一個protocol的多路數(shù)據(jù)流傳輸，Adapter需要支持對數(shù)據(jù)流的Arb和Mux。

同時D2D支持多個protocol的復(fù)用傳輸，Adapter需要支持對protocol間的Stack Mux。

Multi_Protocol_Enable和Enhanced Multi_Protocol_Enable的特性如下：

Multi_Protocol_Enable

支持兩個協(xié)議棧在同一物理鏈路上復(fù)用，每個協(xié)議棧各占用一半帶寬。
兩個協(xié)議棧必須是同一協(xié)議且具有相同的協(xié)議能力。
Adapter必須保證不會連續(xù)發(fā)送來自同一協(xié)議棧的flit。
Adapter可以插入NOP flit以保證不發(fā)送連續(xù)flit，這些flit不會轉(zhuǎn)發(fā)到接收方的協(xié)議層。
接收協(xié)議層必須能夠以最大鏈路速度接收相同flit的連續(xù)塊，但不會接收連續(xù)的flit。
兩個協(xié)議棧必須使用相同的協(xié)議和flit格式。
每個協(xié)議棧有棧標識符，用于在接收方對flit進行解復(fù)用。

Enhanced Multi_Protocol_Enable：

支持相同或不同協(xié)議的兩個棧在同一物理鏈路上動態(tài)復(fù)用。
協(xié)議棧和Adapter必須支持共同的flit格式以啟用此功能。
Adapter必須確定每個協(xié)議層的接收器可以接受的最大帶寬百分比。
Adapter需要支持100%帶寬（不限速）和限速至最大帶寬的50%。
如果Adapter指定一個協(xié)議棧最大帶寬的50%，則對端device必須保證不會連續(xù)發(fā)送相同棧的flit。
Adapter插入NOP flit以避免超過協(xié)商的最大帶寬。
接收協(xié)議層必須能夠在協(xié)商的最大帶寬百分比下接收flit，并且能夠在最大協(xié)商鏈路速度下接收相同flit的連續(xù)塊。
Adapter允許每個協(xié)議層獨立使用100%的鏈路帶寬。
仲裁是按flit進行的，如果兩個協(xié)議層都被允許使用100%帶寬，Adapter需要支持輪詢仲裁。
允許使用特定的仲裁方案，前提是按flit進行，且不違反協(xié)商的最大帶寬百分比。
flit頭包含棧標識符以識別目標棧。
棧復(fù)用器為每個協(xié)議棧維護獨立的鏈路狀態(tài)機，鏈路狀態(tài)轉(zhuǎn)換相關(guān)的邊帶消息中包含特定的opcode,以識別對于的協(xié)議棧。

總的來說，無論哪種復(fù)用，均需要多個數(shù)據(jù)源或協(xié)議棧具有相同的flit格式，Adapter可利用NOP flit進行各協(xié)議棧的帶寬調(diào)整。

Link初始化

D2D的初始化氛圍四個步驟：

Stage0: 每個Die單獨的初始化，如時鐘，復(fù)位初始化等。該步驟兩個Die獨立進行，互不影響，結(jié)束時間也不同。

Stage1：Sideband初始化。

Stage2：Mainband training和repair。training參數(shù)的協(xié)商依賴Stage1中Sideband正常工作。

Stage3：協(xié)議棧參數(shù)，F(xiàn)lit格式協(xié)商。

Stage1和Stage2后續(xù)介紹，先介紹Stage3的參數(shù)協(xié)商內(nèi)容。

Adapter初始化

在link的Stage0~2結(jié)束后，RDI正常work，Adapter需要一系列sequence來確定local capabilities以及和對端的參數(shù)協(xié)商。主要包含三部分：

確定local Capabilities
remote link 參數(shù)協(xié)商
FDI bring up

local Capabilities

此部分需要確定如下幾點：

PHY traning結(jié)果確定。
是否支持retry機制，Adapter需要判斷在給定的鏈路速度和配置下是支持retry。
retry協(xié)商，如果Adapter支持retry，必須在參數(shù)交換過程中通知remote link partner。
Retimer Receiver buffer的credit大小，每個credit對應(yīng)256字節(jié)的mainband數(shù)據(jù)。

Parameter Exchange

Adapter和remote partner協(xié)商參數(shù)，均使用sideband的{AdvCap.Adapter}消息。在初始化需要協(xié)商的AdvCap.Adapter參數(shù)主要如下：

Raw Format。UCIe link控制寄存器中的位域，用于指示是否支持Raw Format格式傳輸。
68B Flit Mode。協(xié)議控制參數(shù)，用于指示是否支持CXL 68B Flit Mode，或者PCIe Non-Flit Mode.
CXL 256B Flit Mode。協(xié)議控制參數(shù)，用于指示是否支持CXL 256B Flit Mode。
PCIe Flit Mode。協(xié)議控制參數(shù)，用于指示協(xié)議層是否支持PCIe Flit Mode。
Streaming。協(xié)議控制參數(shù)，指示是否支持Streaming Raw Format，Streaming Flit Format。與CXL和PCIe protocol互斥。
Retry。指示Adapter是否支持retry機制。
Multi_Protocol_Enable。Adapter連接多個FDI的協(xié)議層時，需要使能該bit，同時Stack0_Enable和Stack1_Enable需要使能。
CXL_LatOpt_Fmt5，CXL_LatOpt_Fmt5。是否支持Format5/6的傳輸格式。僅在CXL協(xié)議和CXL 256B Flit模式下可以使用。
Retimer。在Retimer和同一個package內(nèi)的Adapter進行參數(shù)協(xié)商時，需要使能該bit。
Retimer_Credits。僅在Retimer參數(shù)使能時開啟，9bit位寬，用于指示retimer的receiver buffer的大小，每個credit表示一個256B數(shù)據(jù)大小。
DP/UP。上游或下游端口標記，用于通知retimer當(dāng)前l(fā)ink的端口類型，目前適用于PCIe和CXL協(xié)議層。
68B Flit Format。使能68B Flit Format。
Enhanced Multi_Protocol_Enable
Standard 256B End Header Flit Format
Standard 256B Start Header Flit Format
Latency-Optimized 256B without Optional Bytes Flit Format
Latency-Optimized 256B with Optional Bytes Flit Format
Stack 0 Maximum Bandwidth_Limit。使能Enhanced Multi_Protocol_Enable時，stack0的最大利用帶寬。
Stack 1 Maximum Bandwidth_Limit。使能Enhanced Multi_Protocol_Enable時，stack1的最大利用帶寬。

PCIE/CXL協(xié)議參數(shù)協(xié)商

Adapter的local Capabilities確定后，需要通過邊帶消息與remote link partner協(xié)商和確定協(xié)議參數(shù)。

Capabilities inform：DP Adapter發(fā)送{AdvCap.Adapter}邊帶消息，向UP Adapter通知其支持的Capabilities。
PCIe/CXL protocol Support：如果UP Adapter要支持PCIe或CXL協(xié)議，則需要先等待DP Adapter的第一個{AdvCap.Adapter}消息，確定DP Adapter的Capabilities，然后向DP Adapter發(fā)送自己的{AdvCap.Adapter}邊帶消息。UP可以根據(jù)DP的Capabilities更改其Capabilities。
configuration response：一旦DP收到UP的Capabilities消息，DP使用{FinCap.Adapter}邊帶消息響應(yīng)UP的配置，如圖3-4所示。
協(xié)議參數(shù)確定：

如果兩個Adapter都使能了“68B Flit Mode”，則在{FinCap.Adapter}消息中設(shè)置為1b。
如果兩個Adapter都使能了“CXL 256B Flit Mode”，則在{FinCap.Adapter}消息中設(shè)置為1b。
如果兩個Adapter都使能了“PCIe Flit Mode”，則在{FinCap.Adapter}消息中將“PCIe Flit Mode”位設(shè)置為1b。
如果協(xié)商了Stream流傳輸協(xié)議，則不交換該棧的{FinCap.Adapter}消息，即DP不再向UP發(fā)送{FinCap.Adapter}邊帶消息。

68B/256B Flit Mode參數(shù)協(xié)商

如果{FinCap.Adapter}消息中設(shè)置了“68B Flit Mode”或“CXL 256B Flit Mode”，則需要使用{AdvCap.CXL}和{FinCap.CXL}消息進行新一輪參數(shù)協(xié)商，如圖所示。

其他參數(shù)的最終確定（如果協(xié)商了PCIe或CXL協(xié)議）：

如果兩個Adapter都使能了“Raw Format”，則在{FinCap.Adapter}消息中設(shè)置為1b。
如果兩個Adapter都使能了“Retry”且未協(xié)商“Raw Format”，則啟用Adapter Retry，并將“Retry”設(shè)置為{FinCap.Adapter}消息中的1b。
如果兩個Adapter都使能了“Enhanced Multi_Protocol_Enable”，則在適配器中啟用Stack0和Stack1，并將所有三個參數(shù)（“Enhanced Multi_Protocol_Enable”，“Stack0_Enable”和“Stack1_Enable”）設(shè)置為{FinCap.Adapter}消息中的1b（如果需要發(fā)送{FinCap.Adapter}消息）。
如果兩個Adapter都使能了“Multi_Protocol_Enable”且未協(xié)商“Enhanced Multi_Protocol_Enable”，則在適配器中啟用Stack0和Stack1，并將所有三個參數(shù)（“Multi_Protocol_Enable”，“Stack0_Enable”和“Stack1_Enable”）設(shè)置為{FinCap.Adapter}消息中的1b。
如果未協(xié)商“Enhanced Multi_Protocol_Enable”或“Multi_Protocol_Enable”，則使用e lowest common denominator 來確定啟用Stack0還是Stack1，相應(yīng)位在{FinCap.Adapter}消息中設(shè)置為1b。如果都通告了棧啟用，則選擇Stack0作為操作模式，并將Stack0_Enable設(shè)置為{FinCap.Adapter}消息中的1b。
如果兩個Adapter都使能了CXL_LatOpt_Fmt5，則在{FinCap.Adapter}消息中設(shè)置為1b。
如果兩個Adapter都使能了CXL_LatOpt_Fmt6，則在{FinCap.Adapter}消息中設(shè)置為1b。

多協(xié)議棧參數(shù)協(xié)商

如果協(xié)商了Stream protocol傳輸，則不區(qū)分DP（下游端口）和UP（上游端口），每一方獨立地發(fā)送自己的Capabilities消息。同時允許交換廠商定義的邊帶消息，以實現(xiàn)相應(yīng)廠商的特定擴展。

最終配置的Capabilities由link雙方共同確定。對于Stream protocol傳輸，不發(fā)送{FinCap.*}消息。適配器必須以特定實現(xiàn)的方式確定廠商特定的要求。圖3-6至圖3-11展示了棧0和棧1具有不同協(xié)議的不同場景示例。

在參數(shù)協(xié)商中，需要超時機制來保證參數(shù)交換的過程正常進行：

超時時間：Adapter必須實現(xiàn)參數(shù)交換的8毫秒（-0%/+50%）的超時時間機制。
超時測量：參數(shù)交換完成的超時測量包括鏈路初始化第三階段的第一部分和第二部分的所有步驟，即local Capabilities和remote Capabilities協(xié)商。
超時計時器：計時器只在RDI處于active狀態(tài)時工作。
重置計時器：如果適配器收到來自remote link partner的{AdvCap..Stall}、{FinCap..Stall}、{MultiProtAdvCap..Stall}或{MultiProtFinCap..Stall}消息，計時器必須重置。
超時處理：參數(shù)交換或鏈路狀態(tài)機轉(zhuǎn)換的8毫秒超時被視為不可用錯誤（UUE），Adapter必須將RDI置于LinkError狀態(tài)。
UCIe重定時器：UCIe重定時器必須確保在與其包內(nèi)的UCIe die響應(yīng)/啟動參數(shù)交換之前，與remote重定時器partner解決能力通告問題（并與自己的能力合并）。
解決過程中的通信：在解決過程中，重定時器必須每隔4毫秒發(fā)送相應(yīng)的暫停消息，以確保在其包內(nèi)的UCIe die上不會產(chǎn)生超時。

FDI bring up

參數(shù)交換完成后，Adapter將結(jié)果反映到FDI上的協(xié)議層，并按照后續(xù)定義的流程執(zhí)行FDI啟動。一旦FDI處于Active狀態(tài)，它就完成了鏈路初始化的第三階段，并且可以開始協(xié)議flit傳輸。

當(dāng)同一Adapter上啟用了多個棧時，每個棧可能在不同時間完成FDI啟動流程。FDI的數(shù)據(jù)寬度取決于UCIe棧的操作頻率以及通過UCIe物理鏈路傳輸?shù)目値?。RDI的數(shù)據(jù)寬度固定為至少每個物理通道每個模塊一個字節(jié)，該模塊由適配器控制。

State Machine Hierarchy

UCIe采用分層方法管理鏈路狀態(tài)，可以在不同層之間實現(xiàn)功能劃分，并在FDI和RDI上使用相同的狀態(tài)轉(zhuǎn)換序列。

對于CXL，ARB/MUX的vLSM（虛擬低層狀態(tài)機）體現(xiàn)在FDI的pl_state_sts。Adapter LSM用于協(xié)調(diào)與remote link partner的鏈路狀態(tài)，適用于所有配置。每個協(xié)議棧都有其對應(yīng)的適配器狀態(tài)機。對于PCIe或Stream protocol傳輸，Adapter LSM體現(xiàn)在FDI的pl_state_sts。

RDI狀態(tài)機表征物理層的狀態(tài)。Adapter的數(shù)據(jù)路徑和RDI數(shù)據(jù)寬度可以擴展到多模塊配置，但僅有一個RDI狀態(tài)機。多模塊的PHY在RDI狀態(tài)和各個模塊之間進行同步。

vLSM狀態(tài)轉(zhuǎn)換使用mainband數(shù)據(jù)路徑上的ALMPs（鏈路管理協(xié)議）與remote link partner同步。狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則遵循CXL規(guī)范中的CXL 256B Flit Mode規(guī)則。

Adapter LSM狀態(tài)轉(zhuǎn)換使用{LinkMgmt.Adapter*}sideband消息與remote link partner同步，這些消息由D2D適配器發(fā)起和接收。

RDI SM狀態(tài)轉(zhuǎn)換使用{LinkMgmt.RDI*}sideband消息與remote link partner同步，這些消息由物理層發(fā)起和接收。

分層的狀態(tài)管理包含如下幾個主要信息：

Active State轉(zhuǎn)換：RDI狀態(tài)機（RDI SM）必須先進入活A(yù)ctive狀態(tài)，之后Adapter狀態(tài)機（Adapter LSM）才能開始協(xié)商過渡到Active狀態(tài)。Adapter LSM必須處于活躍狀態(tài)，虛擬低層狀態(tài)機（vLSMs）才能開始協(xié)商過渡到Active狀態(tài)。即Active狀態(tài)是自下而上逐層轉(zhuǎn)換。
Retrain State轉(zhuǎn)換：RDI SM必須先進入重新訓(xùn)練（Retrain）狀態(tài)，然后才能將重新訓(xùn)練狀態(tài)傳播到Adapter LSMs。如果RDI SM處于Retrain狀態(tài)，必須將Retrain狀態(tài)傳播到所有處于Active狀態(tài)的Adapter LSMs。在所有相關(guān)的Adapter LSMs都已過渡到Retrain狀態(tài)之前，Adapter不得請求RDI退出Retrain狀態(tài)。Retrain狀態(tài)是自下而上逐層轉(zhuǎn)換。
電源管理狀態(tài)轉(zhuǎn)換：對于CXL協(xié)議，CXL.io和CXL.cachemem vLSMs必須在相應(yīng)的Adapter LSM過渡到電源管理（PM）狀態(tài)之前先過渡到PM狀態(tài)。如果同一個Adapter上啟用了多個棧，則所有Adapter LSMs在RDI SM過渡到PM狀態(tài)之前必須處于PM狀態(tài)。PM狀態(tài)則是自上而下逐層轉(zhuǎn)換。
鏈路錯誤狀態(tài)轉(zhuǎn)換：RDI SM必須先進入鏈路錯誤（LinkError）狀態(tài)，之后Adapter LSM才能過渡到LinkError狀態(tài)。RDI SMs使用邊帶消息與remote link partner協(xié)商LinkError狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并將LinkError狀態(tài)傳播到所有已啟用的Adapter LSMs。如果使用CXL協(xié)議，Adapter LSM在將LinkError狀態(tài)傳播到兩個vLSMs之前必須處于LinkError狀態(tài)。LinkError狀態(tài)轉(zhuǎn)換優(yōu)先于LinkReset或Disabled狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在所有相關(guān)的Adapter LSMs和CXL vLSMs都已過渡到LinkError狀態(tài)之前，Adapter不得請求RDI退出LinkError狀態(tài)。LinkError狀態(tài)是自下而上逐層轉(zhuǎn)換。
鏈路重置或禁用狀態(tài)轉(zhuǎn)換：Adapter LSM使用邊帶消息與其remote link partner協(xié)商LinkReset或Disabled狀態(tài)轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)所有相關(guān)的Adapter LSMs都已過渡到LinkReset或Disabled狀態(tài)時，LinkReset或Disabled才會傳播到RDI SM。Disabled狀態(tài)轉(zhuǎn)換優(yōu)先于LinkReset狀態(tài)轉(zhuǎn)換。如果RDI SM轉(zhuǎn)換到LinkReset或Disabled狀態(tài)，它必須將此狀態(tài)傳播到所有Adapter LSMs。如果Adapter LSM轉(zhuǎn)換到LinkReset或Disabled狀態(tài)，它必須將其傳播到CXL協(xié)議的兩個vLSMs。該過程種的狀態(tài)則是自上而下逐層轉(zhuǎn)換。
UCIe Retimer：對于UCIe Retimer，Retimer芯片需要與remote Retimer partner協(xié)商狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并確保不同的UCIe芯片保持同步，避免在等待響應(yīng)時發(fā)生超時。例如，如果UCIe芯片0向UCIe Retimer0發(fā)送Active請求消息，UCIe Retimer0必須與UCIe Retimer1確認Active請求消息已轉(zhuǎn)發(fā)給UCIe芯片1，并且UCIe芯片1已用Active狀態(tài)消息響應(yīng)，然后才能用Active狀態(tài)消息響應(yīng)UCIe芯片0。在UCIe芯片0和UCIe芯片1的所有相關(guān)狀態(tài)都達到低功耗狀態(tài)之前，不能使封裝外互連進入低功耗狀態(tài)。UCIe Retimer在完成與遠程Retimer伙伴的協(xié)商時，必須每4ms響應(yīng)一次“暫?！本幋a。

Power Management Link States

PCIe和CXL協(xié)議必須支持電源管理狀態(tài)。FDI支持L1和L2電源狀態(tài)，遵循CXL 256B Flit Mode的握手規(guī)則和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。RDI支持在接口上實現(xiàn)L1和L2，以便物理層執(zhí)行電源管理優(yōu)化，但物理層可以將L1和L2映射到內(nèi)部的共同狀態(tài)。

電源管理狀態(tài)允許全局時鐘門控，并啟用系統(tǒng)級流程，如封裝級空閑（C-states）。其他協(xié)議可以通過發(fā)送PMNAK來禁用PM流程。

進入電源管理狀態(tài)：

協(xié)議層PM進入請求：FDI定義了一個基于鏈路空閑時間的PM進入請求的通用流程。所有使用UCIe的協(xié)議在需要支持PM時必須遵循該流程。
Adapter鏈路狀態(tài)機PM進入：通過邊帶與remote link partner協(xié)調(diào)PM轉(zhuǎn)換。Adapter在兩個協(xié)議棧之間復(fù)用時，每個棧的鏈路狀態(tài)機必須獨立轉(zhuǎn)換到PM。
RDI上的PM進入：一旦Adapter的所有LSM處于PM狀態(tài)，Adapter可以在RDI上啟動PM。

退出電源管理：

協(xié)議層的活動請求通過FDI和RDI傳輸?shù)奖镜匚锢韺印?/section>
物理層使用邊帶協(xié)調(diào)喚醒和物理鏈路的重新訓(xùn)練。
物理鏈路重新訓(xùn)練后，RDI在雙方處于Active狀態(tài)，并從雙方觸發(fā)Adapter LSM PM退出。
對于PCIe或Stream傳輸協(xié)議場景，這也將協(xié)議層轉(zhuǎn)換為FDI上的活躍狀態(tài)。
對于CXL協(xié)議，此步驟后是ALMP交換，將所需協(xié)議帶入活躍狀態(tài)，然后可以開始協(xié)議Flit傳輸。

Retry Rules

原始比特錯誤率（BER）高于1e-27，除非操作格式為Raw Format，否則Adapter必須支持Retry。如果Adapter不支持Retry，物理層在鏈路訓(xùn)練期間BER不得高于1e-27。

在鏈路初始化的階段協(xié)商了Retry，即使在運行時鏈路速度降低，也不能禁用Retry。Retry只能在下一次鏈路初始化時重新協(xié)商（即，RDI移動到Reset狀態(tài)）。

對于多個協(xié)議棧的Adapter，Tx Retry緩沖區(qū)在棧之間共享。

UCIe中的Retry方案是PCIe基礎(chǔ)規(guī)范中定義的Flit模式Retry機制的簡化版本。其中一些規(guī)則不適用，并進行了相應(yīng)的參數(shù)變更：

選擇性Nak及其相關(guān)規(guī)則不適用，且不得實現(xiàn)。
在鏈路操作期間，除非與PCIe Retry規(guī)則沖突，顯式序列號flit和Ack/Nak flit交替發(fā)送，這允許更快的Ack轉(zhuǎn)換，從而可以使用更小的重試緩沖區(qū)。
所有10位Retry相關(guān)計數(shù)器被替換為8位計數(shù)器，最大允許序列號為255。
REPLAY_TIMEOUT_FLIT_COUNT是一個9位計數(shù)器，在1FF處飽和。
除了在PCIe基礎(chǔ)規(guī)范中描述的增加REPLAY_TIMEOUT_FLIT_COUNT外，當(dāng)處于Active狀態(tài)且自上次發(fā)送flit后，已經(jīng)過去一個flit時間，且既沒有傳輸有效載荷flit也沒有傳輸NOP flit時，也必須增加計數(shù)。
NAK_WITHDRAWAL_ALLOWED始終設(shè)置為0b。
IDLE Flit握手階段不適用，因為通過邊帶握手管理到鏈路活躍的轉(zhuǎn)換，并且沒有交換IDLE flit的要求。