外设部件接口快速数据传输系统及链接电源状态转换方法

摘要

PCI Express数据传输系统及其链路电源状态转换方法。PCI Express数据传输系统包括上游元件、下游元件及链路。上游元件及下游元件通过链路相互传输。首先，选择门限闲置时间。接着，检测链路在第一链路电源状态下，上游元件或下游元件至少其中之一是否停止数据传输。之后，若上游元件或下游元件至少其中之一停止数据传输，检测停止数据传输的时间是否达到门限闲置时间。最后，若停止数据传输的时间达到门限闲置时间，使链路进入第二链路电源状态。

说明书

技术领域

本发明是有关于一种PCI Express的电源状态转换方法，且特别是有关于一种PCI Express链路电源状态转换方法。

背景技术

随着时间的巨轮不断向前迈进，在个人计算机原为主流的外设部件连接接口(Peripheral Component Interconnect，PCI)，在未来的处理器与输出/输入元件需要更高的传输频宽，已渐渐超出PCI的范围。业界因此推出新一代的PCI Express，以做为未来各种运算平台的标准区域输入/输出总线。其最大特色为效能的提升，单向传输速率即可达2.5GHz，更可藉扩增通道(lane)增加传输速率，例如使用4信道即可使传输速度提升4倍。

高级配置与电源接口(Advanced Configuration and Power Interface，ACPI)，是定义元件于各个情况下的电源状态，称为元件电源状态(devicepower states，D-states)。而PCI Express更进一步的定义元件间的链路的电源状态，称为链路电源状态(link power states，L-states)。且各个链路电源状态与元件电源状态亦有相对应的关系。

元件电源状态D0(Full-On)是表示元件是于正常工作的状态下。元件于元件电源状态D0时，此时元件之间的链路是处于链路电源状态L0、L0s或L1。

元件电源状态D1及D2并未明显地定义出，但概括而言，元件电源状态D2较D0与D1节省电力，但保持较少元件的状态。元件电源状态D1较D2节省电力，但可保持更多元件的状态。元件电源状态D1及D2是对应至链路电源状态L1。

元件电源状态D3(Off)表示关机状态，包括有D3cold与D3hot状态。当元件于D3cold状态时，表示主电源未提供至元件。当元件于D3hot状态时，表示主电源提供至元件。当元件的电源状态是于D3cold状态，若有辅助电源(auxiliary power)提供给元件，则元件之间的链路是对应至链路电源状态L2；若无电源提供给元件，则元件之间的链路是对应至链路电源状态L3。元件电源状态D3hot是对应至链路电源状态L1。

链路电源状态L0是元件之间的链路于正常工作状态的电源状态。链路电源状态L0s是于元件之间的链路传输数据时，若有短暂的数据传输的闲置时段，可进入链路电源状态L0s以减少功率的耗损。

元件之间的链路于链路电源状态L1时，元件是于暂停无工作要求的状态下，而会减低元件之间的链路电力的需求。此时，并无时钟信号的触发，及锁相环路(Phase Locked Loop，PLL)亦暂停使用。

链路电源状态L2与L3为关机状态，差别在于链路电源状态L2有辅助电源的存在，而链路电源状态L3无辅助电源。

然而，在链路电源状态L0转换至链路电源状态L0s的状态下，发现并无法恰当地进入链路电源状态L0s，亦或是过于频繁地进入链路电源状态L0s，如此皆无法真正达到省电的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种PCI Express数据传输系统及其链路电源状态转换方法，可调整门限闲置时间，使得于数据传输闲置的状态时，以适时适当地进入转换为较省电的链路电源状态，而达到真正省电的目的。

本发明提出一种PCI Express的链路电源状态转换方法，用于上游元件与下游元件之间的链路。首先，选择门限闲置时间。接着，检测链路于第一链路电源状态下，上游元件或下游元件至少其中之一是否停止数据传输。之后，若上游元件或下游元件至少其中之一停止数据传输，检测停止数据传输的时间是否达到门限闲置时间。最后，若停止数据传输的时间达到门限闲置时间，使链路进入第二链路电源状态以进入低耗电状态。

本发明提出一种PCI Express的数据传输系统，包括上游元件、下游元件及链路。链路电性连接于上游元件与下游元件之间，上游元件及下游元件通过链路相互传输数据。PCI Express的数据传输系统是选择门限闲置时间，并检测链路于第一链路电源状态下，上游元件或下游元件至少其中之一是否停止数据传输，若上游元件或下游元件至少其中之一停止数据传输，若停止数据传输的时间达到门限闲置时间，使链路进入第二链路电源状态以进入低耗电状态。

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示依照本发明一较佳实施例的一种PCI Express的数据传输系统的方块图。

图2绘示依照本发明一较佳实施例的一种PCI Express的链路电源状态转换方法的流程图。

图3绘示是链路于链路电源状态L0与链路电源状态L1之间转换的相关波形图。

图4绘示是链路于链路电源状态L0与链路电源状态L0s之间转换的相关波形图。

[主要元件标号说明]

111、121：事务层

112、122：数据链路层

113、123：物理层

120：下游元件

110：上游元件

130：链路

具体实施方式

在PCI Express的规格下，是有硬件机制的主动状态电源管理(ActiveState Power Management，ASPM)以处理链路电源状态L0s进入链路电源状态L1的换转。

请参照图1，其绘示依照本发明一较佳实施例的PCI Express数据传输系统的方块图。

本发明PCI Express的数据传输系统100包含有：上游元件110、下游元件120、以及链路130。其中链路130电性连结于上游元件110(upstreamcomponent)与下游元件120(downstream component)之间。

上游元件110包括有：事务层111(Transaction Layer，TL)、数据链路层112(Data Link Layer，DLL)及物理层113(Physical Layer，PHY)。

事务层111产生数据封包(data packet)至数据链路层112，或接收数据链路层112传输而来的数据封包，亦管理与元件之间的流量控制(flowcontrol)。而事务层接收或产生的数据封包称为事务层封包(TransactionLayer Packets，TLPs)。

数据链路层112与物理层113之间传输的数据封包，以及与事务层111之间传输数据封包。数据链路层112接收数据封包后提供事务层封包至事务层111，或接收事务层111输出的事务层封包以输出数据封包至物理层113。而数据链路层在做以上动作时，更可检错以稳定传输数据封包。数据链路层112与物理层113之间传输的数据封包为数据链路层封包(Data Link LayerPackets，DLLPs)。

物理层113负责在元件110与元件120之间的链路(Link)传送封包。物理层113自元件120接收封包后，转为数据链路层封包输至数据链路层112。物理层113亦接收数据链路层112的数据链路层封包后，通过与元件120的链路传送封包至元件120的物理层。

而下游元件120与上游元件110很类似，包括有：事务层121、数据链路层122及物理层123。各层的动作亦如上述，于此不再重述。

请参照图2，其绘示依照本发明一较佳实施例的一种PCI Express的链路电源状态转换方法的流程图200。

此方法用于上游元件110与下游元件120之间的链路(Link)130。首先，选择门限闲置时间(步骤21)。接着，检测链路130于第一链路电源状态下，上游元件110或下游元件120至少其中之一是否停止数据传输(步骤22)。

若上游元件110或下游元件220至少其中之一停止数据传输，检测其停止数据传输的时间是否达到门限闲置时间(步骤23)。其中若停止数据传输的时间达到门限闲置时间，则使得链路130进入第二链路电源状态(步骤24)。

当在第二链路电源状态时，若有数据封包须传输，则使得链路130由第二链路电源状态进入第一链路电源状态。链路130先由第二链路电源状态进入过渡的链路电源状态，再进入第一链路电源状态。步骤21中，门限闲置时间是视设计所需，可自128纳秒(nanosecond，ns)到32微秒(microsecond，us)的范围调整。而相对于PCI Express的规格中，旧有规格中门限闲置时间为7微秒。在不同的需求下，例如传输频率的不同，若以固定的门限闲置时间定义进入由链路电源状态L0进入链路电源状态L0s时数据的闲置时间，并无法有效达到省电的功效。而数据的闲置定义，例如在上游元件110的事务层111并无数据的传输，或上游元件110的数据链路层112无数据的传输，或下游元件120的各层之间无数据的传输。

步骤22中，第一链路电源状态例如为：链路电源状态L0。步骤23中，第二链路电源状态系链路电源状态L1或链路电源状态L0s。

链路电源状态L0是最耗电的链路电源状态，亦即主动式状态(Activestate)或正常运作状态(normal operation state)，所有PCI Express接口上的数据交易皆是在此状态下来进行。

链路电源状态L0s是时间非常短的电源状态，可于在链路130有传输动作之间的时段，在短暂的逻辑闲置减少低功率的损耗。而由链路电源状态L0进入链路电源状态L0s是由软件控制。在L0s状态下会阻挡数据的传输。因此若要传输数据时，必须使链路130快速的回到链路电源状态L0。

链路电源状态L1较链路电源状态L0s时间长，在链路电源状态L1时，所有的传输电路皆停止动作，产生时钟拴锁(clock gating)，且所有的锁相环路(Phase Locked Loop，PLL)亦停止。

以下，是提出一例进入链路电源状态L1的过程。请参照图3，其绘示是于链路电源状态L0与链路电源状态L1之间转换的相关波形图。

当上游元件110自时间点t0遇到闲置状态，而后到时间点t1的时间达到门限闲置时间后，就会开始进入链路电源状态L1的过程。而时间点t0至时间点t 1的时间差，即本发明的概念下所选定的门限闲置时间。上游元件110在时间点t1连续送出PM_Active_State_Request_L1的数据链路层封包。上游元件110而后在时间点t2收到进入链路电源状态L1的要求，即PM_Request_Ack，且是在没有任何事务层封包或是数据链路层封包传输的情况下。在时间点t2后，使得链路130真正进入链路电源状态L1。

若在链路电源状态L1中，于时间点t3，上游元件110或下游元件120产生事务层封包或数据链路层封包，为了完成事务层封包或数据链路层封包的传输，必须回到链路电源状态L0。因此，于时间点t3后，链路130会先进入恢复状态(Recovery state)，再回到链路电源状态L0。

请参照图4，其绘示是于链路电源状态L0与链路电源状态L0s之间转换的相关波形图。当下游元件120或上游元件110于时间点t10至时间点t11，于链路电源状态L0无封包的传输，链路130则于时间点t11后进入链路电源状态L0s。

而于此例中，时间点t10至时间点t11的时间差即本发明的概念下所选定的门限闲置时间。若时间点t12时，有事务层封包或数据链路层封包的传输，为使封包顺利的传输，需使链路130回到链路电源状态L0。

在使链路130回到链路电源状态L0之前，先使链路130于时间点t12进入链路电源状态L0s.TXFTS。而后，于时间点t13后，链路230回到链路电源状态L0。

本发明上述实施例所揭露的PCI Express的链路电源状态转换方法，使得于链路电源状态L0有数据传输闲置的状态时，可以设计上或传输速度的需求调整门限闲置时间，以适时适当的进入转换为链路电源状态L0s或链路电源状态L1，而达到真正省电的目的。而可调整的门限闲置时间的应用，亦可支持未来的频宽或传输速度增加等情况，而可以应用的更长远。

综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。