4. Gen3速率协商入口：从Gen2速率进入Recovery状态，发起速率变更请求
Gen3（8.0 GT/s）速率协商并非从链路初始的Detect状态直接跳转，而是遵循“先建连、后提速”的策略。链路首先在Gen1（2.5 GT/s）或Gen2（5.0 GT/s）完成完整的链路训练与初始化（L0状态），然后通过进入Recovery状态，在Recovery状态内发起速率变更请求，最终完成向Gen3速率的跃迁。本章聚焦于这一入口阶段的协议行为、时序要求及调试要点。
4.1 速率协商的总体流程
从Gen2 L0状态到Gen3速率协商的完整路径可分为三个关键阶段：
- 触发条件：上游端口（Upstream Port）或下游端口（Downstream Port）检测到需要提升链路带宽（如数据吞吐量需求、配置寄存器写入），决定发起速率变更。
- 进入Recovery.RcvrLock：发送端通过发送EIOS（Electrical Idle Ordered Set）序列使链路进入电气空闲，随后发送TS1 Ordered Set并携带速率标识符（Speed Identifier），引导接收端进入Recovery状态。
- 速率变更协商：在Recovery状态下，双方通过交换TS1/TS2 Ordered Set中的速率协商字段，确认目标速率（Gen3），并完成时钟恢复参数的重新训练。
4.2 从Gen2 L0进入Recovery的触发机制
根据PCIe Base Spec，进入Recovery的触发条件分为两类：
| 触发类型 | 触发源 | 典型场景 | 协议行为 |
|---|---|---|---|
| 软件触发 | Device Control Register中的“Target Link Speed”字段被改写 | 操作系统或设备驱动主动请求更高速率 | 端口发送EIOS → 进入Recovery.RcvrLock → 发起速率变更 |
| 硬件自动触发 | 链路带宽不足或错误率过高（如CRC错误计数超阈值） | 链路降速后自动尝试恢复高速率 | 端口直接发送TS1（带Speed Change bit）进入Recovery |
| 链路训练状态机（LTSSM）自主决策 | LTSSM在L0状态下检测到“速率变更请求”内部信号 | 热复位或链路重新均衡 | 先进入Recovery.RcvrLock，再执行速率变更 |
4.3 Recovery状态内的速率变更请求协议
进入Recovery.RcvrLock后，速率变更请求通过TS1 Ordered Set中的特定比特位进行传递。TS1的格式中，第7个Symbol（Symbol 7）的低4位用于编码速率标识符（Speed Identifier）：
- 0x1：表示请求Gen1速率（2.5 GT/s）
- 0x2：表示请求Gen2速率（5.0 GT/s）
- 0x4：表示请求Gen3速率（8.0 GT/s）
- 0x8：保留（用于未来速率）
当发送端希望从Gen2升级到Gen3时，会在TS1的Symbol 7中写入0x4。接收端在Recovery.RcvrLock状态下成功锁定并解码TS1后，如果自身支持Gen3速率，则会在回应的TS1中同样设置Speed Identifier为0x4，表示同意速率变更。
4.4 时钟恢复与速率变更的关联
Gen3速率（8.0 GT/s）相对于Gen2（5.0 GT/s）对时钟恢复提出了更严格的要求：
- 数据速率翻倍：从5.0 GT/s提升到8.0 GT/s，单位间隔（UI）从200 ps缩短到125 ps。
- CDR锁定时间要求：在Recovery.RcvrLock状态下，接收端CDR必须在2 µs内完成对输入数据的频率和相位锁定，否则LTSSM会超时并进入Recovery.RcvrFail。
- 参考时钟抖动：Gen3要求参考时钟的均方根抖动（RMS Jitter）小于1 ps（典型值），而Gen2允许2 ps。时钟恢复电路必须适应更严格的抖动容限。
下图展示了从Gen2 L0进入Recovery并完成Gen3速率协商的完整状态机流程：
4.5 速率变更请求的时序参数
PCIe Base Spec对Recovery状态内的速率变更时序有严格定义，以下是关键参数：
| 参数名称 | 符号 | 最小值 | 最大值 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| EIOS发送持续时间 | T_EIOS | 16 UI | — | 确保接收端检测到电气空闲 |
| Recovery.RcvrLock超时 | T_RCVRLOCK | — | 2 µs | CDR必须在此时限内锁定 |
| TS1交换次数 | N_TS1 | 2 | 16 | 双方至少交换2次TS1才能确认速率 |
| 速率变更完成时间 | T_SPEED_CHANGE | — | 1 µs | 从确认速率到实际切换完成 |
4.6 常见调试场景与分析方法
在实际调试中，Gen3速率协商入口阶段常遇到以下问题：
- 场景1：链路无法进入Recovery状态
- 现象：LTSSM卡在L0状态，不发送EIOS。
- 分析：检查Device Control Register中的“Target Link Speed”是否已正确设置；检查硬件触发信号（如错误计数器）是否达到阈值。
- 场景2：Recovery.RcvrLock超时
- 现象：链路进入Recovery.RcvrLock后，在2 µs内未完成CDR锁定，跳转到Recovery.RcvrFail。
- 分析：测量参考时钟抖动是否超标；检查接收端CDR带宽设置是否适配Gen3速率；检查PCB走线损耗是否过大导致信号质量下降。
- 场景3：TS1中Speed Identifier不匹配
- 现象：发送端设置Speed=0x4，但接收端回应Speed=0x2。
- 分析：确认接收端固件或硬件是否支持Gen3速率；检查链路训练状态机配置寄存器中的“Supported Link Speeds”字段。
4.7 本章小结
Gen3速率协商的入口是从Gen2 L0状态通过触发条件进入Recovery状态，并在Recovery.RcvrLock内通过TS1 Ordered Set中的Speed Identifier字段发起速率变更请求。时钟恢复（CDR）的锁定时间和抖动容限是决定速率变更能否成功的关键因素。调试时应重点关注EIOS发送时序、TS1交换内容以及CDR锁定时间是否满足2 µs的协议要求。