功率預算、動態分配與緊急降功耗

裝置已進 D0，功率限制還有哪些層次？

要替插卡安排功率，先確定資料代表誰

先回顧一個範圍差異：Function 是軟體可識別的功能，插卡則可能包含多個 Function，甚至多個 Device。Table 6-10 Power Budgeting Deployments（p.743）依能力結構的分布決定資料涵蓋範圍。例如，多功能 Device 只有一個 Function 實作 Power Budgeting（功率預算資料）時，資料代表整個 Device；若多個 Function 都實作，資料才分別代表各 Function，依表中規則加總。

這一步要在算瓦數之前完成。多裝置插卡還要判斷資料是按整張卡回報，還是按 Device 回報；沒有這個範圍資訊，直接把所有可讀值相加會重複計算。§6.8.1 也把韌體已配置與預算管理者接手的情況分開，實際平台採用哪一種管理流程由平台決定。

【模擬資料】以下資料為教學用途建立，不代表特定硬體或平台。本章使用一張只有單功能 Endpoint 的插卡，所有耗電均涵蓋在 Function 0 的回報中，沒有其他 Device 或外接電源。它從 12 V 與 3.3 V 兩條電源軌取電，目前為 D0。假設 System Allocated=0、Extended Power Budgeting Supported=0，且共有四筆非延伸資料；平台另已依適用外形規格與總預算完成足夠的功率授權。

來源：§6.8 Power Budgeting Mechanism、§6.8.1 System Power Budgeting Process Recommendations、Table 6-10，文件／PDF pp.742–744。

Data Select 怎麼選，哪些資料才可以加總？

先沿 Extended Capability（延伸能力結構）鏈找到 ID 0004h、Version 1h，將起點記為 C。Figure 7-136 定位三個本次會用到的入口：Data Select 在 C+04h，為 8-bit；Data 在 C+08h，為 32-bit；Power Budgeting Capability 在 C+0Ch。先查 Capability 的 System Allocated，再依序寫入 Data Select 索引、讀取 Data。索引從 0 開始，預設值未定義，因此每次查詢都要明確選取。

接著打開 Figure 7-139／Table 7-122。Base Power 在 bits [7:0]；Data Scale 低兩位在 bits [9:8]，第三位另在 bit 21，並不連續。本例未使用延伸資料，第三位為 0，倍率編碼 001b 代表 0.1×。先由 PM State、PM Sub State、Type、Power Rail 辨認條件，再把 Base Power 乘上倍率：

以索引 0 的 000181B4h 為例，Base Power=B4h=180、Data Scale=001b，所以得到 18 W；Type=011b 是 Sustained Power（持續功率），Power Rail=000b 是 12 V。索引 1 的條件相同，只是另一條電源軌，所以兩筆一起構成 23 W 的 D0 持續功率。索引 2／3 同屬 Type=111b 的 Maximum Power（最大功率），加總為 26 W。

Table 7-122 對這兩種 Type 使用不同量測定義：除非外形規格另有明定，Sustained Power 是最大吞吐量下的 5 秒平均，Maximum Power 則使用 1 ms 移動視窗。23 W 與 26 W 描述不同條件，不一起加總。若另有 Thermal（熱負載）項目，要用於散熱評估，也不當成額外電源軌再加一次。

本例索引 4 已超出四筆資料，Data 回傳全零。若裝置支援 Extended Power Budgeting，延伸項目在 Enable=0 時也會被隱藏成全零；因此不同裝置上的零值，還要連同 Support、Enable 與索引解讀。另外，Base Power 大於 EFh 且符合 Table 7-122 所列條件時，會改用功率區間編碼；不能一律把 F0h 當成 240 W。

本例 System Allocated=0，所以需要由負責的預算管理者納入評估。若該 bit=1，表示這份裝置預算已包含在系統預算內，軟體做功率預算決策時必須忽略這份回報，避免再算一次；裝置本身仍然會耗電。

來源：§7.8.1–§7.8.1.5，Figure 7-136（p.1090）、Figure 7-137／Table 7-120（p.1091）、Figure 7-139／Table 7-122（pp.1094–1097）、Figure 7-140／Table 7-123（p.1098）；Data Select 與全零規則見 pp.1091、1093。

讀到 26 W，系統就已經授權 26 W 了嗎？

Power Budgeting 回報需求；授權要再查使用中的機制。§6.9 的 Slot Power Limit（插槽功率限制）由 Downstream Port 的 Slot Capabilities 欄位提供，透過 Set_Slot_Power_Limit Message 傳給同一條 Link 對端的 Upstream Port，再反映於 Device Capabilities 的 Captured Slot Power Limit Value／Scale。這項限制的對象是整張插卡。

插卡尚未獲得較高功率授權前，必須遵守適用外形規格的初始限制；Slot 機制也不是任意往下寫一個更小值。§6.8.3 另定義 Power Limit PM Sub State 與 Out of Band Power Limit 等機制，具有不同的優先關係。前者的 Power Limit Enable／Power Limit PM Sub State 只能在所有 Functions 都處於 D0uninitialized 時，以 Configuration Write 設定；任何 Function 離開該狀態後再改，行為未定義。

因此，下面的執行期調整使用 DPA。Power Budgeting 的 PM Sub State 最多有 8 個，DPA Substate 最多有 32 個；規格沒有把這兩組編號直接配對。Function 的 D0／D1 等電源狀態，以及 Link 的 L1.1／L1.2，也各有不同意義。

來源：§6.8.3 Power Limit Mechanismsm（原文標題拼字）、§6.9 Slot Power Limit Control，文件／PDF pp.744–746。

同在 D0，如何把配置從 26 W 降到 10 W？

DPA 是可選的 Endpoint Function 功能，適用於 D0。Substate 從 0 連續編到 Substate_Max；0 代表最高配置，每往後一級的配置必須小於或等於前一級。軟體可以直接從 0 選到 2，無須先經過 1；Function 在任一子狀態中都必須回應 Configuration Space 存取。

延續前面的單功能插卡，假設另找到 DPA Extended Capability，起點為 D。Figure 7-281 先給整體布局；Figure 7-282／Table 7-251 確認 ID=0016h、Version=1h。接著依下列順序把能力換成可用的配置表：

1. Figure 7-283／Table 7-252：D+04h 的 DPA Capability=08031002h。Substate_Max=2，表示共三個子狀態；Power Allocation Scale=01b，倍率為 1.0×；Transition Latency Unit=00b，單位為 1 ms；Value 0=3，Value 1=8。
2. Figure 7-284／Table 7-253：D+08h 的 DPA Latency Indicator=00000004h。bit 2=1，因此目標子狀態 2 用 Value 1；bit 0／1=0，兩者用 Value 0。
3. Figures 7-287／7-288、Table 7-256：Power Allocation Array 從 D+10h 開始，每個子狀態一個 byte，不是每項一個 DWORD。

因此，選擇子狀態 2 的最大轉換時間是 8 ms；回到子狀態 0 則是 3 ms。這些上限依目標子狀態選取，裝置可以提早完成。DPA 的倍率與前面 Power Budgeting Data Scale 的編碼不同，必須各讀自己的 Table。

來源：§6.16 Dynamic Power Allocation (DPA) Capability，文件／PDF pp.777–778；§7.9.12、Figures 7-281–7-288、Tables 7-251–7-256，pp.1236–1241。

Control 與 Status 要怎麼一起看？

先看 Figure 7-285／Table 7-254：Status 在 D+0Ch，bits [4:0] 是 Substate Status，bit 8 是 Substate Control Enabled。本例初始讀值 0100h，表示 Enabled=1、目前子狀態為 0。再看 Figure 7-286／Table 7-255：Control 在 D+0Eh，bits [4:0] 是要求的目標，其餘 RsvdP（保留原值）位元本例原值均為 0。以下假設 Function 持續在 D0、沒有 Reset、緊急降功耗或其他軟體改寫，先完成降功率，再提出升功率要求。

降功率時，Status 必須等轉換完成才顯示較低配置。本例 Substate Control=2、Substate Status 仍為 0 的期間，系統要保留 26 W，不能先把差額分給別張卡。讀到 Substate Status=2 之後，Function 必須遵守該狀態的 10 W 配置。

升功率時則不同：轉換期間 Substate Status 就要顯示較高配置，所以讀到目標 0 不能單獨證明已完成轉換。系統必須在提出要求前先準備好 26 W 額度，再依目標的最大轉換時間與需要的裝置資訊安排後續動作。Substate Status 表示的是裝置必須遵守的配置，不是功率感測器的即時讀值，也不保證某個應用效能。

§6.16 允許軟體在前一次轉換完成前再改目標；裝置可調整進行中的轉換，或在完成後比對最新目標並繼續轉換。本例為了看清兩個方向，沒有插入其他要求。分析實機紀錄時，必須保留每次 Control 寫入，不能只拿最後一筆 Status 反推完整經過。

來源：§6.16，文件／PDF pp.777–778；§7.9.12.4–§7.9.12.5、Figures 7-285／7-286、Tables 7-254／7-255，pp.1239–1240。

Enabled=0，要寫 1 把 DPA 打開嗎？

這個欄位要先看屬性。Substate Control Enabled 是 RW1C（寫入 1 會清除），不在 DPA Control 裡，而在 DPA Status 的 bit 8。硬體在 Conventional Reset 或 FLR（Function Level Reset，單一功能重設）後設為 1；軟體不能直接把它設回 1。

例如，在子狀態 2 時讀到 Status=0102h，若向 Status 寫入 0100h，效果是清除 Enabled。之後即使修改 Control 的目標，也不會由該欄位直接啟動 DPA 轉換。這讓裝置專屬軟體可以接手功率管理；接手後的策略由相應軟體與裝置機制決定，不能由 Disabled 推論裝置會永久固定在 10 W。

來源：§6.16，文件／PDF p.777；§7.9.12.4、Table 7-254，pp.1239–1240。

緊急降功耗後，裝置會自動恢復嗎？

Emergency Power Reduction State（緊急功率降低狀態）是可選的保護機制，用來避免系統損害；支援時會優先於這裡的一般功率控制。先從 Device Capabilities 2 的 Emergency Power Reduction Supported 與 Emergency Power Reduction Initialization Required，連到 Table 6-16 核對允許的觸發方式。退出後如何恢復，則繼續讀 §6.24 的文字規則。

例如 Supported=10b 可使用適用外形規格定義的機制；該外形規格必須確實定義這種請求方式，才能使用此編碼。廠商專屬與自主機制也依 Table 6-16 的條件判讀。這裡沒有一個對所有平台通用的「寫標準 Configuration bit 即觸發」流程。

Initialization Required=1 時也可能維持 DL_Up，因此光是 Configuration Space 可讀，仍不足以判定是否需要軟體重新初始化。裝置如何通知軟體需要重新初始化，以及外部觸發訊號的硬體細節，還要查平台、外形規格或廠商文件。Power Budgeting 回報也須包含相應的緊急狀態功耗資料，不能直接沿用前面正常 D0 的 26 W。

來源：§6.24 Emergency Power Reduction State、Table 6-16 Emergency Power Reduction Supported Values，文件／PDF pp.812–813；§7.5.3.15，p.993；§7.8.1.4，p.1097。

多功能裝置與 PF／VF，哪些功率要一起算？

PF

Physical Function，實體功能

VF

Virtual Function，虛擬功能

PF（Physical Function，實體功能）與 VF（Virtual Function，虛擬功能）屬於 SR-IOV（單根 I/O 虛擬化）的功能分工。Power Budgeting 可由 PF 實作，回報必須涵蓋其相關 VFs；VF 不得實作這組能力。DPA 也由相關 PF 管理 VF 的功率，VF 不得實作 DPA Capability。

SR-IOV

Single Root I/O Virtualization，單根I/O虛擬化

一般多功能 Device 則可以有部分或全部 Functions 實作 DPA；總配置依各份 DPA 配置加總。一個 Function 的 DPA 也可涵蓋其他未實作 DPA 的 Functions，這些關聯由實作決定。因此本章的單功能案例不能直接複製成「每個 VF 都再配置 26 W」。

Function 的 D-State 另依 §5.10：PF 必須有 Power Management Capability，VF 可選。VF 沒有自己的能力時，視為跟隨相關 PF 的等效電源狀態；若 VF 有自己的能力，PF 比 VF 進入更低功耗狀態會造成未定義行為，軟體應先降低 VFs 的電源狀態，再降低 PF。這與本章在 D0 內調整 DPA 配置是不同操作。

來源：§5.10–§5.10.1，文件／PDF p.655；§6.16.1，p.778；§7.8.1，p.1090。

版本與來源

本章依 PCI Express Base Specification Revision 6.0（6.0-1.0-PUB）。以下文件印刷頁與 PDF 檢視器頁碼相同；案例讀值與轉換觀察均為教學假設，未執行實機量測。