首先，所謂LTSSM，即：Link Training and Status State Machine（鏈路訓練及狀態機）

下圖為 LTSSM 的狀態機及訓練過程：

LTSSM 包含 11 個頂層狀態：Detect、Polling、Configuration、Recovery、L0、L0s、L1、L2、Hot Reset、Loopback 和 Disable。這些狀態可以分為 5 類：

Link Training states（鏈路訓練狀態）
Re-Training（Recovery）state（重訓練狀態）
Software driven Power Management State（由軟件控制的電源管理狀態）
Active-State Power Management（ASPM）states（動態電源管理狀態）
Other states（其他狀態）

①各種復位（Reset）之后，狀態機的改變為：Detect => Polling => Configuration => L0。在 L0 狀態下即可進行標準數據交互。

②鏈路的 Re-Training 狀態也稱為 Recovery（恢復）狀態。鏈路進入 Re-Training 狀態的原因有多種，例如從低功耗鏈路狀態（如 L1）退出、改變帶寬（改變速率或者寬度）等。在該狀態下，鏈路會根據需要重新執行一部分鏈路訓練的流程，然后進入 L0 狀態。

③電源管理軟件能將設備（Device）切換到低功耗設備狀態（D1，D2，D3Hot 或者 D3Cold），這會導致鏈路進入對應的低功耗鏈路狀態（L1 或者 L2）。

④在某一時刻，如果沒有數據在傳輸，那么 ASPM 硬件可以自動將硬件切換到功耗較低的 ASPM 狀態（L0s 或者 ASPM L1）。

另外，軟件還可以將鏈路設置為其它的一些特殊狀態：Disabled，Loopback 或者 Hot Reset。

1. Detect 狀態

當 PCIe 鏈路被復位或者數據鏈路層通過填寫某些寄存器之后，LTSSM 將進入該狀態。
當 PCIe 鏈路進入該狀態時，發送邏輯 TX 并不知道對端接收邏輯 RX 的存在，因此需要使用 Receiver Detect 識別邏輯判斷對端接收邏輯 RX 是否可以正常共工作，之后才能進入其他狀態。那么TX怎么去判斷對端設備呢？

如下圖，Detect狀態包含了兩個子狀態：Detect.Quiet和Detect.Active

2. Polling 狀態
當 PCIe 鏈路進入該狀態時，將向對端發送 TS1 和 TS2 Ordered Sets（2.5 GT/s），并接收對端的 TS1 和 TS2 Ordered Sets（2.5 GT/s）。

通過接收到的 TS1 和 TS2 序列，完成如下操作：

獲取 Bit Lock
獲取 Symbol Lock 或者 Block Lock
如果需要，糾正 lane polarity inversion（差分信號極性反轉）
檢測支持的速率
PCIe 鏈路處于該狀態時，將進行 Loopback 測試，確定當前使用的 PCIe 鏈路可以正常工作。

3. Configuration 狀態
發送邏輯 TX 和 接收邏輯 RX 繼續以 2.5 GT/s 的速度交換 TS1 和 TS2 Ordered Sets，完成如下任務：

確定 Link Width
指定 Lane Number
根據需要，對 Lane reversal 進行檢查并對其進行糾正
處理 Lane-to-Lane 時序的偏差
Configuration 狀態下，scrambling 可以關閉，該狀態可以切換到 Disabled 狀態或者 Loopback 狀態。
在 TS1 和 TS2 中，還指定了 L0 狀態切換到 L0s 狀態所需要的 FTS Ordered Sets 的個數。

4. L0 狀態
L0 狀態是 PCIe 鏈路的正常工作狀態。該狀態下，PCIe 鏈路可以正常發送和接收 TLP、DLLP 和 Ordered Sets。如果需要切換到高于 2.5 GT/s 的速度傳輸，則需要進入 Recovery 狀態進行鏈路重訓練（Re-Training）。

5. Recovery 狀態
PCIe 鏈路需要進行重訓練（Re-Training）時會進入該狀態，可能的原因有：

L0 狀態出現錯誤
從 L1 狀態切換到了 L0 狀態
從 L0s 狀態切換到了 L0 狀態，但是使用 FTS 流程并沒有將鏈路訓練到可用狀態
在 Recovery 狀態，重新建立 Bit Lock 和 Symbol/Block Lock 的過程與 Polling 狀態相似，但是要比 Polling 狀態花的時間更短。

6. L0s 狀態
L0s 是 ASPM（Active State Power Management）機制提供的第 1 級低功耗狀態，該狀態可以在較短的時間內切換到 L0 狀態。當設備要從 L0 狀態切換到 L0s 狀態時，需要向外發送 EIOS。當設備要從 L0s 狀態切換到 L0 狀態時，需要向外發送多個 FTS，從而快速獲取 Bit Lock 和 Symbol/Block Lock。

7. L1 狀態
L1 是 ASPM（Active State Power Management）機制提供的第 2 級低功耗狀態，它的功耗比 L0s 低，但是需要更長的時間才能切換到 L0 狀態。想要進入 L1 狀態，位于 PCIe 總線兩端的設備需要進行協商，然后同時進入 L1 狀態。兩種可能的方式如下：

ASPM 機制下硬件自動切換。當 Upstream Port 的硬件發現沒有 TLP 或者 DLLP 需要再發送的時候，就會自動和 Downstream Port 進行協商進入 L1 狀態。如果 Downstream Port 同意，則二者同時進入 L1 狀態；如果 Downstream Port 拒絕，則 Upstream Port 會進入 L0s 狀態。
電源管理軟件通過命令將設備配置為低功耗狀態（D1，D2，D3hot）。此時 Upstream Port 和 Downstream Port 上的設備同時進入 L1 狀態。

8. L2 狀態
L2 狀態是ASPM（Active State Power Management）機制提供的第 3 級低功耗狀態，此時設備的主電源被關閉，從而達到更低的功耗。該狀態下，幾乎所有的邏輯都被關閉，只有一小部分使用 Vaux 供電的邏輯在工作，該部分邏輯可以用來發送 wakeup 事件。

支持 wakeup 功能的 Upstream Port 能向外發送一個低頻信號，該信號稱為 Beacon。Downstream Port 將 Beacon 信號轉發給 Root Complex。通過 Beacon 或者 WAKE# 引腳，設備可以要求系統恢復它的主電源供電。

9. Loopback 狀態
該狀態是用來測試的，但是協議并沒有明確規定 Receiver 在該狀態下做些什么。基本的操作很簡單：設備 A 作為 Loopback Master，連續對外發送兩個 TS1 Ordered Sets，并且 TS1 的 Training Control 區域的 Loopback 位需要設置為 1。設備 B 接收到連續兩個 Loopback 位為 1 的 TS1 之后，就會進入 Loopback state，稱為 Loopback Slave。Loopback Slave 會將收到的所有內容再發送給 Loopback Master，從而形成回環，驗證鏈路的完整性。

10. Disable 狀態
系統軟件可以通過設置寄存器，使 PCIe 鏈路進入 Disabled 狀態。當 PCIe 鏈路的對端設備被拔出時，LTSSM 也需要進入該狀態。

該狀態下，發送端設備處于 Electrical Idle 狀態，接收端設備處于低阻抗狀態。對于鏈接已經變得不可靠或者設備被意外移除時，這種狀態很有必要。

系統軟件配置 Link Control register 的 Disable 位之后，該設備會對外發送 16 個 TS1 Ordered Sets，這些 TS1 的 Training Control 區域的 Disable Link 位需要設置為 1。接收設備在收到這 16 個 TS1 之后，進入 Disabled 狀態。

11. Hot Reset 狀態
系統軟件將 Bridge Control register 的 Secondary Bus Reset 位設置為 1 之后，Bridge 的 downstream port 會對外發送多個 TS1 Ordered Sets，這些 TS1 的 Training Control 區域 Hot Reset 位必須被設置為 1。接收設備收到連續 2 個這種 TS1 之后，必須對設備進行復位。

當處理器系統進行 Hot Reset 操作時，PCIe 鏈路將進入 Recovery 狀態，然后進入 Hot Reset 狀態進行 PCIe 鏈路的重訓練。