PCIe 从头开始 (11) - 数据链路层简介
一、概述
数据链路层这一层的逻辑是用来负责链路管理的，它主要表现为 3 个功能TLP 错误纠正、流量控制以及一些链路电源管理。它是通过如图 2-24 所示的DLLP（Data Link Layer Packet）来完成这些功能的。
二、DLLPs 数据链路层包（Data Link Layer Packet）
DLLPs（数据链路层数据包）在链路上两个相邻设备的数据链路层之间传输，事务层对此类数据包并不知晓。DLLPs仅在相邻设备之间传递，并不会被路由到其他地方。与TLP（事务层数据包）相比，DLLPs的体积很小（始终只有8字节），这是一个优势，因为它们属于维持链路协议的开销，较小的大小有助于减少资源消耗。
2.1 DLLP组包
DLLP（数据链路层数据包）的组包过程如图2-24所示，起源于发送端的数据链路层，并由接收端的数据链路层处理。为确保在接收端检查错误，DLLP核心部分附加了一个16位的CRC校验码。随后，DLLP的内容被转发至物理层，物理层会在包的开头和结尾附加起始和结束字符（适用于PCIe的前两代），然后对数据进行编码并通过所有可用通道以差分方式传输。
2.2 DLLP解包
当DLLP到达物理层时，物理层会对接收到的位流进行解码，并移除起始和结束字符。随后，剩余的数据包被转发至数据链路层，数据链路层检查是否存在CRC错误，并根据数据包的内容采取相应的操作。由于数据链路层是DLLP的最终目的地，因此DLLP不会被传递到事务层。
三、Ack/Nak 协议（Ack/Nak Protocol）
Ack/Nak协议提供了硬件层面上的自动重传机制，以实现错误校正功能，如图2-25所示。每个发出的TLP都会附加一个LCRC（链路层循环冗余校验码）和序列号，在接收端进行校验。发送端的重播缓冲区保存每个已发送的TLP副本，直到收到来自相邻设备的确认信息。确认信息是接收端发送的一个Ack DLLP（正确认）数据包，包含最后一个正确接收的TLP的序列号。
当发送端接收到Ack时，它会将该序列号及之前的所有TLP从重播缓冲区中移除。如果接收端检测到TLP错误，它会丢弃该TLP并向发送端返回Nak（负确认），发送端随后将重新发送所有未被确认的TLP，希望下一次传输能够成功。由于检测到的错误大多是瞬时的，因此重播通常能解决问题。这个过程通常称为Ack/Nak协议。
四、DLLP基本形式
DLLP的基本形式如图2-26所示，包含一个4字节的DLLP类型字段（可能包含其他信息）和一个2字节的CRC。图2-27展示了通过交换机的内存读取操作，通常情况下步骤如下：
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步骤1a：请求方（Requester）发送一个内存读取请求（MRd TLP），并在其重播缓冲区中保存一份副本。交换机收到MRd TLP后，检查LCRC和序列号。步骤1b：未发现错误，因此交换机向请求方返回一个Ack DLLP，随后请求方从其重播缓冲区中删除该TLP的副本。
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步骤2a：交换机将MRd TLP转发到正确的出口端口（Egress Port），并使用内存地址进行路由，同时在出口端口的重播缓冲区中保存一份副本。最终响应方（Completer）收到MRd TLP并检查是否有错误。步骤2b：未发现错误，因此响应方向交换机返回一个Ack DLLP，交换机端口从其重播缓冲区中清除MRd TLP的副本。
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步骤3a：作为请求的最终目标，响应方检查MRd TLP中的可选ECRC字段。未发现错误，因此请求被传递给核心逻辑。根据命令，设备获取请求的数据并返回带有数据的完成包（CplD TLP），同时将其副本保存到重播缓冲区中。交换机收到CplD TLP并检查是否有错误。步骤3b：未发现错误，因此交换机向响应方返回一个Ack DLLP，响应方将其重播缓冲区中的CplD TLP副本删除。
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步骤4a：交换机解码CplD TLP中的请求方ID字段，并将数据包路由到正确的出口端口，同时在出口端口的重播缓冲区中保存一份副本。请求方收到CplD TLP并检查是否有错误。步骤4b：未发现错误，随后请求方向交换机返回一个Ack DLLP，交换机从其重播缓冲区中清除CplD TLP的副本。请求方检查可选的ECRC字段，未发现错误，因此数据被传递给核心逻辑。
