先看一個封包如何通過相鄰兩端
選擇步驟後，圖中對應的元件與下方解說會加上重點標示。完整圖與所有解說會持續顯示；也可用方向鍵切換步驟。
主案例把 Chapter 7 的通知路徑放大到裝置與 Switch（交換器）之間。時間由上往下；本圖只畫一條連線上的正常傳送。
一個封包送出前，兩端要先建立連線，發送端也要確認接收空間。封包送出後，資料連結層負責這一跳的檢查與重送。本章依這條主線帶讀訓練狀態、速率欄位、流量控制與可靠傳遞。
必要前情：前幾章已建立裝置與記憶體之間的交易路徑。本章只觀察 Switch（交換器）的 Downstream Port（下游連接埠）02:01.0 與 Endpoint（階層末端裝置）03:00.0 之間的 Link（連線）。
規格閱讀路線：Figure 4-48 的訓練 → Figure 3-2 的資料連結狀態 → Figures 7-38、7-39、7-29 的支援／設定／現況 → Tables 2-44／2-45 的額度 → Figures 3-17、3-21、3-22 的可靠傳遞。
建立可用連線
本例使用 Non-Flit Mode（以個別交易封包進行可靠傳遞的模式）。
先沿 Figure 4-48 讀連線訓練，再接到 Figure 3-2 的資料連結初始化。兩端完成適用的初始化工作，才進入可用的資料連結狀態。
Base 6.0 Figure 4-48（p.454）、Figure 3-2（p.265）。
先檢查接收空間
本圖假設所需額度已足夠；本章稍後再看空間不足時的等待。
發送端依 Table 2-45 找到這種封包所需的 credit（接收緩衝額度）。接收端公布的額度足夠，並滿足排序與仲裁等條件後，封包才可送出。
Base 6.0 §2.6.1、Tables 2-44／2-45（pp.236–237）。
傳送並保留副本
這裡沿用 Non-Flit Mode 的個別封包傳遞；後面的固定區塊模式比較另行說明。
發送端為交易封包加入序號與檢查碼，保留需要重送時使用的副本。Figure 3-17 顯示交易封包外增加的這些資訊。
Base 6.0 Figure 3-17（p.288）、§3.1（p.264）。
接收端回覆確認
本步示範正常收到的情況；需要重送時，仍由這條連線的兩端協調。
接收端檢查封包後回傳確認，發送端依適當的正向確認釋放副本。讀 Figure 3-22 的接收規則，再接到 Figure 3-21 的確認處理，即可把兩端的動作接起來。
Base 6.0 Figures 3-21／3-22（pp.299、303）。
回報重新可用的空間
credit 是空間額度；更新採規格的累積計數方式，本圖僅表示資訊方向。
接收端釋出緩衝資源後，透過流量控制資訊更新額度。發送端之後使用更新結果，檢查下一個新封包所需的空間。
Base 6.0 §2.6.1（pp.236–237）、Figures 3-9–3-11（pp.283–284）。
圖中元件
裝置：本次發送端
檢查接收空間、送出交易封包，並保存重送所需的副本。
基本責任
Endpoint 是階層末端裝置。本例從裝置往 Switch 傳送；反方向的傳輸有自己的發送與接收責任。
Switch：本次接收端
接收並檢查封包，回覆確認，也回報可供後續封包使用的空間。
基本責任
Switch 的 Downstream Port（下游連接埠）是面向下游裝置的連接埠。交換器再向上游轉送時，會使用另一條連線的傳遞機制。
1. 建立連線，再準備交易
一條 Lane（通道）提供兩個方向各自的傳輸路徑；多條通道可以組成一條 Link（連線）。×4 表示四條通道，GT/s 則是每秒十億次傳輸的速率單位。Physical Layer（實體層）先辨識兩端、取得接收同步，再將各通道組成連線。這個過程由 Link Training and Status State Machine（LTSSM，連線訓練與狀態機）管理。
接著，Data Link Layer（資料連結層）管理相鄰兩端的連線狀態與可靠傳遞；Transaction Layer（交易層）處理 TLP（Transaction Layer Packet，交易層封包）、路由及交易。DLLP（Data Link Layer Packet，資料連結層封包）在相鄰兩端交換；交易封包則可穿越交換器到達另一個元件。下表將實體層、資料連結層與軟體準備工作分開列出。
| 觀察對象 | 此時解決的問題 | 後續另需處理 |
|---|---|---|
| Physical Layer（實體層） | 建立接收同步，協商 Lane（通道）、寬度與速率。 | Function（可獨立設定的功能單位）的內部初始化。 |
| Data Link Layer（資料連結層） | 完成適用的 Feature Exchange（功能交換）與 VC0（預設虛擬通道）的 Flow Control（流量控制）初始化，進入 DL_Active（資料連結可用）。 | BAR（Base Address Register，基底位址暫存器）、中斷與 DMA（Direct Memory Access，直接記憶體存取）映射的配置。 |
| Function（功能單位）／系統軟體 | 裝置能接受設定，系統完成資源與工作介面的初始化。 | 啟動工作後，依裝置介面查看完成結果。 |
Virtual Channel（VC，虛擬通道）用來區分相關傳輸資源；本章只使用預設的通道 0。Flow Control（FC，流量控制）依接收端公布的緩衝空間，控制後續 TLP（交易層封包）的發送。這些資訊透過 DLLP（資料連結層封包）在相鄰兩端交換。
- TLP
- Transaction Layer Packet，交易層封包
- DLLP
- Data Link Layer Packet，資料鏈結層封包
分層與初始化來源
Base 6.0 §3.1–§3.2，Figure 3-1／3-2（pp.263–265）；§3.4（pp.270–276）；§6.6.1（p.721）。FC 記帳由 Transaction Layer 負責，Data Link Layer 協助傳遞 FC 資訊，見 §2.6.1（p.236）。
2. 沿 LTSSM 訓練狀態建立連線
- LTSSM
- Link Training and Status State Machine，鏈結訓練與狀態機
LTSSM（連線訓練狀態機）先找出可用通道，再建立同步與通道編號。下面保留初次建立連線的主要路徑；Configuration 在此負責組成連線。完整狀態機還包含逾時、重試、測試及省電分支。
Detect 先檢查遠端終端是否存在；Polling 交換訓練 Ordered Sets（有固定用途的符號序列），建立位元／符號同步並處理通道極性；Configuration 把 Lane 組成 Link，處理寬度與 Lane 間對齊。L0 是正常傳輸狀態。Recovery 用來重新取得同步，也支援速率變更。閱讀這段路徑時，要連同進入原因與後續狀態一起觀察。
讀 Figure 4-48 時，先找「從哪個狀態出發、要完成什麼」，再進入 §4.2.7 查對應子狀態，不必第一次就背下所有箭頭。初次建立連線時，接著看 Figure 3-2：Physical Layer 可運作後，Data Link Layer 完成適用的 DL_Feature／DL_Init 工作，才到 DL_Active。已建立連線後的 Recovery，稍後會以兩段紀錄另外帶讀。
訓練狀態的閱讀位置
§4.2.6.1–§4.2.6.5（pp.444–445）；完整 Figure 4-48（p.454）；Table 4-48（p.453）對照 LTSSM 與 Link 狀態輸出。Figure 3-2（p.265）是另一個層次的狀態機，不能把 DL_Active 當成 LTSSM 狀態名稱。
3. 兩端支援 16 GT/s，為什麼現在只有 8 GT/s ×4？
查詢對象是同一條連線兩端的 Downstream Port（下游連接埠）與 Endpoint（階層末端裝置）。以下假設兩端 PCI Express Capability（PCIe 能力與控制結構）都已定位於 0x70、版本為 2。表中先只列相關欄位；Maximum Link Width 的值是解碼後的 Lane 數，其餘標成十六進位者是完整 Register 讀值。
| 位置／欄位 | 02:01.0 Downstream Port | 03:00.0 Endpoint |
|---|---|---|
| Link Capabilities 2，0x9C，32 bits | 0x0180001E | 0x0180001E |
| Maximum Link Width，Link Capabilities bits 9:4 | 8 lanes | 4 lanes |
| Link Control 2，0xA0，16 bits | 0x0003 | 本次不以 Endpoint 的 Target 值控制正常速率 |
| Link Status，0x82，16 bits | 0x2043 | 0x0043 |
依 Figure 7-38／Table 7-35，先計算 (0x0180001E & 0xFE) >> 1 = 0x0F，得到 2.5、5、8、16 GT/s 都支援。速率 vector（支援速率位元向量）只取 bits 7:1；高位兩個 Retimer（重新定時器）偵測能力位元另有用途。
再看 Downstream Port 的 Figure 7-39／Table 7-36：0x0003 & 0xF = 3，Target Link Speed（目標速率）對應 8 GT/s，設定下游連接埠正常運作速率的上限。實際訓練結果接著由狀態欄位確認。最後依 Figure 7-29／Table 7-26，0x2043 & 0xF = 3、(0x2043 >> 4) & 0x3F = 4，目前確實為 8 GT/s ×4。
本例另外假設 Downstream Port 的 Data Link Layer Link Active Reporting Capable=1，因此 Status bit 13=1 可用來確認 DL_Active；Endpoint 未實作該回報，因此 bit 13 固定為零；本例使用連接埠的回報確認狀態。Link 不在 up 狀態時，Current Link Speed 與 Negotiated Link Width 的值未定義。
因此，本例的 8 GT/s 符合設定的上限，×4 也符合 Endpoint 的能力。Downstream Port 宣告 ×8，並不保證實際連線布了八條 Lane。依這組讀值，實際結果與設定和能力相符。
調整目標速率後，接著查看哪些狀態？
先確認速率支援、控制對象與正常操作前提，再依 Link Control 的 Retrain Link（重新訓練控制）觸發訓練；此 bit 寫 1 觸發，讀取永遠為零。應觀察適用的 Link Training／Link Active，再讀 Current Link Speed 與寬度。Link Training 只涵蓋 Configuration／Recovery 及等待 Retrain 開始的情況，且在 Endpoint 為 Reserved，不能當成通用 LTSSM 編碼。（Tables 7-24、7-26，pp.972–973、978–979。）
從 Figure 到結論
Maximum Link Width：Figure 7-27／Table 7-23（p.967）；Current 與狀態適用性：Figure 7-29／Table 7-26（pp.978–979）；Supported：Figure 7-38／Table 7-35（pp.998–1000）；Target：Figure 7-39／Table 7-36（pp.1001–1002）。這是一組作者假設的有效讀值，不是規格指定的預設設定。
4. 經過 Recovery，哪些狀態需要重新建立？
已在 DL_Active 的連線進入 Recovery 後，可以保留資料連結狀態，再回到 L0。若後續路徑使 Physical LinkUp 降為零，資料連結層才會轉到 DL_Inactive，清除舊狀態並在連線恢復後重新初始化。判讀時要把實體層與資料連結層的紀錄放在同一條時間線上。
先回到 Figure 4-48，確認本次經過的 LTSSM 路徑，再用 Table 4-48 對照每個狀態的 LinkUp。這是 Physical Layer 提供給 Data Link Layer 的連線指示，不是 Configuration Space 裡另一個同名 bit。Recovery 與 L0 的 LinkUp 都是 1；Detect 則是 0。接著讀 Figure 3-2 及 §3.2.1：DL_Active 在 Physical LinkUp=0 時轉到 DL_Inactive。這個條件把兩張狀態圖接了起來。
【模擬資料】以下兩段紀錄為教學用途建立，不代表特定硬體或平台。兩例都觀察 02:01.0 與 03:00.0 之間的同一條 Non-Flit Mode 連線，開始時已在 DL_Active，並假設紀錄完整涵蓋本次轉換、沒有另外執行 Reset 或 Link Disable。下表是狀態紀錄摘要，不是標準軟體可讀 Register dump。
螢幕較窄時，可左右滑動表格查看完整內容。
| 觀察項目 | 案例 A：直接回到 L0 | 案例 B：落回 Detect 後重建 |
|---|---|---|
| 完整主狀態路徑 | L0 → Recovery → L0 | L0 → Recovery → Detect → Polling → Configuration → L0 |
| 依 Table 4-48 讀 LinkUp | 沿途保持 1。 | 進入 Detect 時為 0；之後從 Polling 進入 Configuration 時仍為 0，至建立 Link 才變為 1。 |
| 依 Figure 3-2 查資料連結狀態 | 維持 DL_Active。Physical Layer 暫時不能接受封包時，資料連結層仍需配合暫停傳送。 | 轉到 DL_Inactive，重設資料連結狀態並丟棄 Retry Buffer（保存重送副本的緩衝區）內容。恢復後完成適用的 DL_Feature 與 DL_Init，再到 DL_Active。 |
| VC0 的額度與重送副本 | 這條路徑沒有觸發 DL_Inactive，不會因為進入 Recovery 就全部清除，再做一次 InitFC。 | 舊的重送副本已丟棄；進入 DL_Init 後，VC0 要重新執行 Flow Control 初始化。 |
回到兩端讀值時，仍須先確認欄位適用性。Table 7-26 的 Data Link Layer Link Active 在 DL_Active 才回傳 1；本例只有支援回報的 Downstream Port 可用這個 bit 觀察。案例 A 的狀態維持可用，實際封包仍可能暫停；案例 B 則有退出及重新進入 DL_Active 的過程。若只在前後各讀一次得到 1，中間的差異就會遺失，因此需要狀態歷史或同步的協定紀錄。
另外，Figure 3-2 的 DL_Up 是資料連結層對其他邏輯輸出的狀態，和 Register 的 Link Active bit 有不同的定義。例如 DL_Init 進行到 FC_INIT2 時已輸出 DL_Up，但該 VC 的 TLP 發送仍須等初始化完成。閱讀時應沿用各欄位與狀態的完整名稱。
- VC
- Virtual Channel，虛擬通道
Recovery、LinkUp 與重新初始化的來源
PCI Express Base Specification Revision 6.0：§4.2.6.4 Recovery Overview（PDF／印刷 p.445）；Table 4-48 Link Status Mapped to the LTSSM（PDF／印刷 p.453，含 Configuration 的註腳 72）；Figure 4-48 Main State Diagram for Link Training and Status State Machine（PDF／印刷 p.454）。Figure 3-2 Data Link Control and Management State Machine 與 §3.2.1 Data Link Control and Management State Machine Rules（PDF／印刷 pp.265–268）定義轉換、狀態重設與 Physical Layer 暫停傳送時的配合。§3.4 Flow Control Initialization Protocol／§3.4.1 Flow Control Initialization State Machine Rules（PDF／印刷 pp.270–273）定義 VC0 初始化；Table 7-26 Link Status Register（PDF／印刷 p.979）定義 Link Active。兩段紀錄及對照方式由作者依這些規則建立。
5. 依封包種類檢查接收空間
接收端透過 FC（流量控制）資訊告知可用額度，發送端依交易種類檢查 credit（接收緩衝額度）。Non-Flit Mode 下，每個 VC 分開記錄 Posted、Non-Posted、Completion 的 Header 與 Data，合計六類：PH／PD 是 Posted 的標頭／資料額度，NPH／NPD 是 Non-Posted 的標頭／資料額度，CplH／CplD 是完成回覆的標頭／資料額度。Data credit 的單位是 4 DW（每個 Doubleword 為 4 bytes），也就是 16 bytes；Header（標頭）額度則依封包標頭另計。
- FC
- Flow Control，流量控制
- DW
- Double Word，4 bytes的資料單位
以下是作者建立的概念帳本：VC0（預設虛擬通道）、Non-Flit Mode、有限且未縮放的可用 credits，沒有其他封包競爭。數字不是軟體可直接讀到的標準 Register，也不是 InitFC 的最低宣告值。假設現在只剩 PH（Posted 標頭額度）=2、PD（Posted 資料額度）=5。先由 Table 2-44 辨認類別，再依 Table 2-45 讀每種封包的需求。表中 MWr 是 Memory Write（記憶體寫入），MRd 是 Memory Read（記憶體讀取）；NPH／NPD 是 Non-Posted 的標頭／資料額度。
| 候選封包 | 所需 credits | 判斷 |
|---|---|---|
| 64-byte MWr（記憶體寫入） | 1 PH、4 PD | 可送；發送後剩 PH=1、PD=1。 |
| 接著送 32-byte MWr | 1 PH、2 PD | PD 不足；此封包等待額度更新。 |
| 其後可用 PD 增加 1，再送同一個 32-byte MWr | 1 PH、2 PD | 可送；發送後 PH=0、PD=0。 |
| 另一個 256-byte MRd（記憶體讀取），假設 NPH=1 | 1 NPH、0 NPD | Request 本身沒有 256-byte Payload；FC 這一項條件通過。 |
PD 用量以 Payload bytes 除以 16 後向上取整。MRd（記憶體讀取）的 Length 指定要求回傳的資料量，Request（請求）本身沒有這段資料；Completion（完成回覆）在反方向消耗 CplH／CplD（回覆標頭／資料額度）。通過 credit 檢查也只代表 FC 條件成立，仍受排序、仲裁等規則約束。
資料連結層重送同一個封包時，交易層保留原本的額度記帳，不再扣一輪新封包的額度。流量控制管理接收緩衝資源；replay（重送）負責把同一封包可靠地交到相鄰接收端。
credit 單位與用量
§2.6.1（pp.236–237）；Table 2-44 的六類 credit、Table 2-45 的各種 TLP 用量（p.237）。DLLP 的交換格式可從 Figures 3-9–3-11（pp.283–284）查 InitFC1、InitFC2 與 UpdateFC。本例只計算已知可用額度，不把累積計數協定簡化成每次更新都是增量。
6. 確認接收與必要時的重送
在本例模式中，資料連結層為封包加入 sequence number（序號）與 LCRC（Link Cyclic Redundancy Check，連線錯誤檢查碼）。接收端檢查後，以 ACK（正向確認）／NAK（要求重送的負向確認）等機制回覆發送端。發送端保留 replay（重送）所需的副本；收到適當的正向確認後才釋放。NAK（負向確認）或確認逾時可以引發 replay。先看 Figure 3-17 的序號與 LCRC（連線檢查碼），再看 Figure 3-22 的接收流程與 Figure 3-21 的確認處理。
假設 Endpoint 的 MWr（記憶體寫入）要穿越 Switch。第一條連線收到 ACK（正向確認），發送端便可按規則處理這一跳的副本。CPU 存取資料與裝置工作的完成，仍由後續的記憶體及裝置介面處理。Switch 再往上游傳送時，使用的是另一條 Link 的確認與重送機制。ACK 也不是 Chapter 5 的 Completion：Posted MWr 沒有一般 Completion，仍然有 Link 層的可靠傳遞。
接收端的 sequence 檢查也處理 replay 可能帶來的重複封包，避免把已接受的副本再次交給 Transaction Layer。這些動作由相鄰兩端的硬體執行；驅動程式仍在處理原先提交的工作。
可靠傳遞的圖表路徑
先看 Figure 3-17（p.288），辨識 TLP 外的 sequence／LCRC；再讀 §3.6.2 的傳送端規則與 §3.6.3（pp.300–303）的接收規則。Figure 3-21（p.299）處理 ACK／NAK，Figure 3-22（p.303）處理接收 TLP。分層與副本保存概述見 §3.1（p.264）。
7. PCIe 6.0 的 Flit 改變了什麼？
在 64 GT/s 運作時使用 Flit Mode（固定區塊傳遞模式），較低速率也可使用。當前模式需由本節稍後的模式欄位確認。Flit 是固定 256 bytes 的傳輸單位，TLP 可以跨越多個 Flit，一個 Flit 也不必只容納一個 TLP。
| Byte 範圍 | 大小 | 用途 |
|---|---|---|
| 0–235 | 236 bytes | TLP 區，包含 TLP Header 等內容，不能全算成應用資料。 |
| 236–241 | 6 bytes | DLP（Data Link Layer Payload，資料連結層承載內容）。 |
| 242–249 | 8 bytes | CRC（Cyclic Redundancy Check，循環冗餘檢查碼），供錯誤檢查。 |
| 250–255 | 6 bytes | ECC（Error Correction Code，錯誤修正碼），支援 Forward Error Correction（FEC，前向錯誤更正）。 |
Flit Mode 的可靠傳遞以 Flit 為 replay 單位，配合 CRC（錯誤檢查碼）、FEC（前向錯誤更正）與序號機制。可更正的錯誤由更正機制處理，其餘情況仍可能需要重送；格式與前面的個別封包模式不同。
- FEC
- Forward Error Correction，前向錯誤更正
要查目前模式，先確認 PCI Express Capabilities 的 Flit Mode Supported（Figure 7-23／Table 7-19 bit 15），再查 Downstream Port 的 Link Status 2。Flit Mode Status 在 bit 10，但只有 Downstream Component Presence 為 011b、100b 或 101b 時才有意義。若只擷取這兩個欄位得到 0x4400，則 Presence=100b、Flit=1：Link 已 up、尚未收到 DRS（Device Readiness Status，裝置就緒通知），模式為 Flit。若是 0x3400，Presence=011b，雖已協商 Flit，Data Link Layer 尚未 active。這兩個數字是欄位投影，不是完整 Register dump。
Flit 的版本邊界
§4.2.3（p.340）；§4.2.3.3、Tables 4-10–4-14（pp.351–355）；§4.2.3.4.1（p.357）；重送見 §4.2.3.4.2.1／Figure 4-33（p.383），CRC／ECC 見 §4.2.3.4.3–§4.2.3.4.4（pp.384–390）。模式欄位見 Table 7-19（p.955）與 Figure 7-40／Table 7-37（pp.1004–1007）。本章採 Base 6.0 原版；後續 ECN（規格變更通知）不在本次引用範圍。
8. 從一個待送封包串起整條路線
裝置準備送出寫入時，依序看哪些機制？
先沿 Figure 4-48 與 Figure 3-2 確認連線及資料連結初始化，再依 Tables 2-44／2-45 檢查 Posted 的標頭與資料額度。封包送出後，Figure 3-17 顯示序號與檢查碼，Figures 3-21／3-22 則串起兩端的接收與確認。本文的數字帳本只示範額度；實際排程仍受排序與仲裁規則約束。
接著換成讀取請求，沿哪一部分重新檢查？
從 Table 2-45 更換交易種類即可：沒有資料 Payload 的讀取請求檢查 NPH。回覆則在反方向使用 Completion credits，接收端與發送端的角色也隨方向對調。
如果改用 Flit，哪部分要換讀另一組圖表？
先依 Table 7-37 的 Presence 條件解讀模式，再讀 Tables 4-10–4-14 的區塊格式與 Figure 4-33 的重送。236 bytes 的交易區包含標頭，也可能有 NOP（空操作內容）；有效資料量要依實際封包配置計算。（§4.2.3.4.1，p.357。）
下一章接著處理 Reset 的範圍與恢復條件，沿同一拓樸查看 Function、連線與未完成交易的處理。