ASPM

活動狀態電源管理（ASPM Active State Power Management） 微軟VISTA以及之後的系統上所支持的一種電源連結管理方案，嘗試在設備（PCI Express）空閒時採用節電模式。

基本介紹

• 中文名：活動狀態電源管理
• 外文名：ASPM  Active State Power Management
• 縮寫：ASPM
• 屬性：電源連結管理方案

簡介

具體模式分為：L0s、L1、L2。

L0s/L1級電源狀態管理通過將鏈路置於電氣空閒(E-IDLE)下來降低能耗。要求鏈路雙方設備都能否實現L0s，快速的進入或退出電氣空閒狀態。從PCIe1.0開始，L0s級電源管理就是調試測試的一個難題。L1級也將鏈路置於電氣空閒狀態，需要鏈路雙方協商，並且需要花較長的時間才能退出電氣空閒。L1相對於L0會進一步降低功耗。鏈路寬度降低是根據鏈路數據傳輸流量控制而定，只要滿足系統的吞吐率，可以適當的關閉原本活動的鏈路，以達到減小能耗。同樣，當系統吞吐率要求增大時，能夠開啟被關閉的鏈路。鏈路的傳輸速率也可以在2.5Gbps和5Gbps之間切換，以最小的系統能耗完成數據傳輸任務。

詳細介紹

PCI Express REV1.1基礎規格

． ． 一個「Yes」的指令即表示須要支援(除非另有說明)、「On」及「Off」的指令表示需要時脈及電源輸送、「On / Off」表示一個設計選擇項目。

PCI Express連結電源管理狀況 PCI Express連結電源管理狀況 PCI Express連結電源管理狀況 PCI Express連結電源管理狀況

L0—正常運作：在L0模式下，連結處在全線運作狀態，所有時脈都啟用，任何傳輸作業都在正常延遲速度下進行，所有裝置都必須支援這種模式。

L0s—連結待機：所有PCIe系統都必須支援L0s模式，在L0s模式中，時脈都維持運作，電源亦保持開啟狀態，但連結不會主動傳送資料。 這也意謂著連結從L0s模式回復正常模式的時候時，必須要重新啟動，但回復過程的延遲相當短暫。裝置在從L0s回復時有不同的延遲時間，但是其變幅相當小。 連線功能暫存器中定義的L0s延遲範圍為64ns至4μs。

L0s有許多優點，由於不需要端點對端點的互動就能進入L0s模式，因此切換的速度相當快。 由於時脈訊號依然保持運作狀態，因此離開的速度也相當快。 此外，它能套用至連結的某一端(傳送或接收端)，另一端仍能繼續運作。 這意謂著系統從一端傳送資料時，在大多數的時間會自動獲得L0s的協助，但在送出訊框完成(FC)封包以及通知(ACK)封包時，連結就會被喚醒。 L0s的缺點是時脈訊號一直呈現運作狀態，因此L0s模式會耗用不少電力。

傳送器僅須傳送Electrical Idle指令集，並將PCIe鏈路置於電力待機狀態，就能將接收端置入L0s模式。Electrical Idle指令集是少數在實體層中進行解譯名為Ordered Set的PCIe訊息。 Ordered Set指令集長度有四個字元，因此要將連結置入L0s模式時，需要的時間為4×10bits×400ps= 16ns，因此這是相當短的延遲。

因此，從L0s回復至正常模式也會相當地快，傳送器只須在連結上傳送幾個Fast Training Sequence(FTS)Ordered Sets的指令集，連結就會回復至正常模式。 而且，接收器可以指定要從範圍在1到255的L0s回復所需的FTS數量。 因此，其連結便可以在16ns至4ms間從L0s回復至正常的模式，實際時間則視接收器的功能以及時脈來源而定。

L1—低耗電待機模式：L1則是PCIe的一種選項功能，其省電效率遠超過L0s，但是缺點就是延遲時間較為長久。在L1模式中，PCIe參考時脈訊號維持不變，但PCIe裝置使用的內部相鎖迴路(PLL)則被關閉，這種設計讓省電效率得以超越L0s，但卻衍生出較長的延遲和較高的傳輸占量(Overhead)。 當下游裝置切換至PCI電源管理模式(D1～D3)或是當裝置已準備好透過上述自動電源控制機制ASPM進入L1模式時(圖2)，系統就會進入L1模式。 由於連結的兩端都須參與作業，因此進入L1模式所涉及的端點對端點互動步驟比進入L0s模式還要多。 圖3顯示進入L1模式所需進行的互動步驟。在這個例子中，下游連結埠被指示進入L1模式，並將負責管理傳輸作業。 鏈路的其中一端或兩端都可以發出指令，讓鏈路從L0模式轉換至L1模式。

首先，下游連結埠的電源管理邏輯欄位要求進入L1模式，為了要進入L1模式，該連結埠必須：

． ． 阻擋新的傳輸層封包(TLP)傳輸作業

． ． 確定回覆緩衝區已清空資料

． ． 確定已收到足夠的流量控制許可權，以便能在每個虛擬通道(VC)與每種資料流上達到最高容量的傳輸。因此，當所有條件都符合的時候，其中下游的連結埠就會開始持續傳送一個PM Active State Request L1的資料鏈結層封包(DLLP)，最後直到收到PM Request Ack DLLP為止。 在此同時，在上游部份，當收到PM Active State Request L1 DLLP的時候，就會觸發一連串的事件，該連結埠必須：

． ． 阻斷新的傳輸層封包(TLP)傳輸作業

． ． 等待回傳緩衝區清空資料

． ． 等待收到足夠的流量控制許可權，以便能在每個虛擬通道(VC)與每種資料流上達到最高容量的傳輸

當上游元件符合所有條件的時後，就會開始傳送一個PM Request Ack DLLP，這個訊號會觸發下游元件轉移至L1模式，並且透過上述的程式使得連結切換至閒置狀態。

這種程式看似複雜，但全部都是由PCIe狀態機器負責執行，如果裝置支援L1 ASPM機制，主機軟體甚至完全不必執行任何作業。 這就是PCIe電源管理技術的優點。 連結的任何一端皆可以讓連結離開L1狀態(圖3)，當裝置決定要離開L1模式時，就會開始傳送TS1指令集到連結的另一端。 回復程式會迅速回復連結的時序，並確保連結的實際參數跟連結關閉時完全一樣，從L1模式回復所需的時間不到64ms，這個過程的時間愈短代表連結消耗的電力愈少。

L2—輔助電源模式：除了關閉裝置上所有電源外，L2模式是耗電量最低的狀態。在L2模式中，所有裝置的時脈訊號都處在閒置狀態，只剩下用來偵測網路喚醒功能(WAKE)與信標(Beacon)事件的低頻時脈。 系統只能利用VAUX為裝置提供電力。若WAKE被啟動時，VAUX則供應高達375mA的電流，若WAKE關閉時，VAUX則只供應20mA的電流，進入L2模式與進入L1模式非常類似，兩者間只有以下差異：

． ． L2無法透過ASPM來觸發，只能由主機來觸發

． ． L2模式進入協定會將連結切換至「L2_ready」 狀態。當主機看到下游連結處於L2模式時，就會移除VMAIN。

． ． 裝置須要運用更多的電源關閉步驟來進入L2模式

等候狀態、連結層傳輸、通訊協定電源規畫等， 這些都是為了延長電池續航力所需要的關鍵要素。可攜式電子產品節省電力的關鍵在於縮短產品處理作業上的時間，以及縮短元件之間傳輸作業的時間，如此，電子裝置在標準運作模式下的耗電量就愈低。更確切地說，可攜式裝置進出各種作業的速度愈快，省電效率就愈高。為達到這項目標，在開發裝置必須考量PCI Express的能力。

就目前而言，許多業者等候PCI Express大舉進軍桌上型電腦與伺服器產品，根據上述特別的考量因素，PCI Express一直在開發電源敏感度協定。因此，當看到設計業者及工程師將PCI Express視為注重電池續航力的高速資料連結理想介面時，也毋須覺得訝異。 考慮到人們對於「更快」、「更輕巧」，以及「功能更強勁」的看法永遠無法一致，業者在開發未來的筆記型電腦與可攜式運算裝置之際，PCI Express必然成為資料連結的最佳選擇。