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          PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試(下篇:實踐篇)

          2020年04月09日 11:10 ? 次閱讀

          作者:泰克科技應用工程師 李煜

          聚焦于PCIe 3.0和4.0中的動態均衡技術,本文介紹其原理、實現及其相關的一致性測試,這種動態均衡技術被稱作“Link Equalization”(鏈路均衡,簡稱為LEQ)。本系列文章分上下兩篇,本文是下篇實踐篇,重點介紹Rx鏈路均衡的測試和調試,泰克公司的自動化軟件為此提供了業界最優的解決方案。

          另外,泰克PCI Express專家David Bouse將在4月10日(周五)13:00-16:00直播課堂【PCIExpress 5.0規范更新解讀和測試揭秘】講解如何解決PCIe 5.0的新測試挑戰https://info.tek.com/cn-pcie-mofu.html。

          接收端鏈路均衡測試(Rx LEQ)

          在PCIe 2.0的時代,通常只要保證了發送端的信號質量,那么整個系統也就能夠正常工作;因此接收端測試并不是必測項。但在PCIe 3.0/4.0中,由于速率成倍的增加;并且又經過長走線的傳輸,因此在接收端采用了復雜的均衡技術;因此在PCIe 3.0/4.0中接收端測試屬于必測項。

          泰克公司的BSX系列的誤碼儀是業界高性能的串行誤碼儀,能夠實現高達32Gbps的碼型發生和誤碼分析功能,同時其內部集成有預加重模塊、噪聲注入、抖動注入等,支持基于協議的握手功能。因此非常適合PCIe 3.0和4.0的接收端測試。由于BSX系列最高支持到32Gbps,因此它也可以充分地滿足未來的PCIe 5.0的接收端測試的要求。圖1是使用BSX系列的誤碼儀進行PCIe 3.0d的接收端測試的示意圖。

          圖1 PCIe 3.0的接收端測試的示意圖

          在PCIe 3.0 & 4.0的接收端內部集成了復雜的單元,例如:均衡電路時鐘恢復電路、以及判決電路等;它們都是不能直接探測到的。因此,接收端對于測試人員來說,是一個黑盒子。PCI-SIG協會的規范開發人員,在面臨此種困難時,開發了一套被稱作“壓力眼圖(StressedEye)”的方法論來完成對接收端的評估。這種方法論的核心思想就是:通過向接收端施加一個嚴重劣化的信號(即壓力眼圖),來檢測在此種情況下,接收端是否仍能夠正確地接收信號。因此,無論是PCIe 3.0 & 4.0 Rx LEQ的測試,基本上都可以分解成三個步驟:壓力眼圖的校準、進入環回模式、進行誤碼率測試。

          • ?壓力眼圖的校準就是:定量地規定這個劣化信號劣化到何種程度、以及測量該劣化信號的方法;
          • ?進入環回模式:為了檢測接收端是否正確接收該信號;需要將已經接收到的信號原封不動地環回到待測的發送端;然后誤碼儀對這個環回的信號進行判斷。因此需要讓待測進入環回模式;
          • ?進行誤碼率測試:使用規定好的碼型進行誤碼率測試。

          在壓力眼圖的校準時,涉及到信號的特性分析以及調整迭代,這些都需要反復進行,人工手動操作非常地耗時,并且吃力不討好。為此,泰克公司提供了業界最優的PCIe Rx自動化測試軟件(BSXPCI4CEM),如圖2所示。通過泰克公司的PCIe Rx自動化測試軟件,可以大大縮短開發人員的研發時間,提供產品的可靠性。

          PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試(下篇:實踐篇)

          圖2 泰克PCIe Rx自動化軟件GUI界面

          對于這個壓力眼圖惡劣到何種程度,必須要進行精確地定量地描述,因此在PCIe的規范中,給出了這個壓力眼圖的要求。無論是PCIe 3.0還是PCIe 4.0,校準過程都分為兩個階段:

          • ?TP1校準:TP1指的是整個參考信道的近端,在該處校準幅度、隨機抖動Rj、正弦抖動Sj、以及Tx EQ。
          • ?TP2校準:TP2指的是整個參考信道的遠端,在該處校準DMSI、CMSI、以及最終的眼高/眼寬。

          無論是PCIe 3.0,還是PCIe 4.0,TP1的校準過程都是一樣的,而且較為簡單;不區分待測對象是插卡還是系統板,整個拓撲連接如圖3所示。

          PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試(下篇:實踐篇)

          圖3 PCIe 3.0 & 4.0的TP1校準拓撲連接

          TP2校準則連接較為復雜,耗時較長;并且對于插卡和系統板來說,拓撲連接是不同的。而且在PCIe 3.0和PCIe 4.0中,TP2校準的策略有所不同。在PCIe 3.0中,是通過調整DMSI和Rj來達到最終的眼高/眼寬。而在PCIe 4.0中,則主要通過調整ISI來使得眼圖接近最終的眼高/眼寬,這一過程為粗調;然后再通過調整Sj、DMSI、或幅度來獲得最終的眼圖,這一過程為細調。

          PCIe 3.0的TP2校準的拓撲連接如圖4所示。對于插卡的校準來說,在其拓撲連接中采用的是兩連接頭的拓撲結構,這是為了模擬真實的服務器背板的惡劣信道情況。整個參考信道是由圖4(a)中的物理參考信道和SigTest通過軟件嵌入的信道兩部分組成。

          PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試(下篇:實踐篇)

          (a) (b)

          圖4 PCIe 3.0 TP2校準拓撲連接:(a) 插卡的校準 (b) 系統板的校準

          完成了拓撲連接之后,就可以進行PCIe 3.0的TP2的校準了。在最終眼高/眼寬的校準過程,通過調整Rj和DMSI,來達到最終的眼高/眼寬要求。這里存在的風險是:有時候協會提供的治具一致性較差;需要很大的Rj或DMSI才能夠達到最終的眼高/眼寬要求。而這并不符合在真實的情況下的Rj和DMSI的情況。

          因此在PCIe 4.0中TP2的校準修改了相應的校準策略,引入了一個ISI板,優先來調節參考信道的ISI值,來對眼圖進行調整。當眼圖接近到最終的眼高/眼寬附近時,再通過調整DMSI,Sj和幅度來達到最終的眼高/眼寬,并且DMSI,Sj和幅度的調整范圍做了限制,從而能夠比較真實地模擬現實中的情況。

          PCIe 4.0的TP2校準的拓撲連接如圖5所示。與PCIe 3.0相比,除了參考信道的末端嵌入了一個封裝損耗之外,其他的信道都是由真實的物理信道組成的。并且由于速率翻倍,在拓撲連接中,鏈路損耗的估算時必須要將連接線纜等的損耗計入在內。值得注意的是:封裝損耗是在示波器之中嵌入的,而不是在SigTest中。這個參考封裝損耗是為了模擬真實情況下的芯片封裝損耗,由于RC芯片(Root Complex)的封裝一般比EP芯片(Endpoint)的封裝要大,因此針對RC的參考封裝損耗為5dB;而針對EP的參考封裝損耗為3dB。

          PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試(下篇:實踐篇)

          (a) (b)

          圖5 PCIe 4.0 TP2校準拓撲連接:(a) 插卡的校準 (b) 系統板的校準

          如前所述,在PCIe 4.0的校準過程中,需要參考信道的ISI值,這就涉及到一個ISI pair的迭代過程,整個迭代過程的起點是-28 dB的端到端的損耗,依據計算出來的眼高/眼寬來確定下一個ISIpair;端到端的損耗調整范圍為-27 dB ~ 30dB。泰克公司的PCIe Rx自動化軟件能夠提供鏈路端到端損耗的估算,用戶可以自行決定是否繼續進行ISI迭代。

          進入環回模式

          LEQ的測試對測試儀器提出了很高的要求。它要求測試儀器能夠完成協議級別的動態應答和訓練。在工業界中,一般稱這樣的儀器為“協議感知”型儀器(Protocol-aware Instrument)。

          泰克公司的BSX系列誤碼儀就是這樣的一種協議感知型儀器,支持的速率最高可到32Gbps;可以支持多種標準協議,例如PCIe 3.0 & 4.0 & 5.0、USB 3.1 & 3.2等。另外,用戶還可以通過自帶的Pattern Sequencer功能完成各種自主開發的標準的測試。

          PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試(下篇:實踐篇)

          圖6 泰克公司的協議感知型誤碼儀:BSX系列

          對于PCIe 3.0 & 4.0來說,從狀態機的角度,有兩種方式進入環回模式,如圖7所示:

          PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試(下篇:實踐篇)

          (a) (b)

          圖 7 PCIe 3.0&4.0進入環回模式:(a)從ConfiguraTIon進入 (b)從Recovery進入

          進行誤碼率測試

          若成功了進入了Loopback,那么后續的誤碼率測試就很簡單。誤碼儀發送ModifiedCompliance Pattern,檢查1012個比特數據;若不超過1個誤碼;那么就算通過;否則就未通過。

          診斷和調試

          在實際的Rx LEQ的測試中,經常由于種種原因,無法進入到環回模式;或者就算進入到了環回模式,也存在較多的誤碼。這個時候,我們就需要超出一致性測試;而進行一系列的調試工作,來找出根因(Root Cause)。

          PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試(下篇:實踐篇)

          圖8 使用誤碼儀的眼圖功能觀測待測對象的環回數據輸出的信號質量

          泰克公司PCIe Rx自動化測試軟件,除了提供協會所要求的一致性測試之外,還提供了豐富的調試功能。再配合上BSX系列的誤碼儀的通用調試功能,能夠為用戶提供全方位的靈活性。

          在進行Rx LEQ環回測試時,有兩條數據通路:接收數據通路和環回數據通路。由于Rx LEQ是針對接收數據通路的測試,因此用戶必須保證不會由于環回數據通路的原因而導致誤碼儀的DET進行了誤判。泰克的BSX系列的誤碼儀具有豐富的眼圖測試功能,如圖8所示。這樣用戶再不進行任何拓撲連接改變的情況下,就能夠進行誤碼的調試。

          用戶可以使用泰克公司提供的“Empty A – Modified Compliance B.ram”文件,就能夠使得被測對象穩定地進入Compliance模式,然后通過這個ran文件進行碼型切換,將被測對象的輸出端切換到8Gbps或16Gbps,觀察哪個預設定值能夠給出最好的眼圖。然后在圖9中設置“Preset/Hint”成剛才的預設置,就能夠保證環回數據通路不會引入誤判的誤碼。

          倘若排除了環回數據通路所引入的誤判的誤碼;Rx LEQ仍然存在誤碼。這個時候,用戶需要進一步分析誤碼的來源,比如說是否是DUT的均衡算法沒有達到最優,從而沒有像鏈路對端請求最優的Tx EQ值。此時,用戶可以使用泰克公司提供的“BER Test”來對整個系數空間進行掃描,若測得的結果表明:在系數空間中存在一些系數組合能夠達到沒有誤碼,那么說明DUT的均衡算法未達到最優。

          PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試(下篇:實踐篇)

          圖9 對Tx EQ的系數空間進行掃描的誤碼率測試

          在此基礎上還可以進行裕度測試。泰克的自動化軟件提供對Sj和DMSI的裕度測試,如圖10、11所示。

          PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試(下篇:實踐篇)

          圖 10 正弦抖動的裕度測試:(a) 設定界面 (b) 掃描測試界面

          PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試(下篇:實踐篇)

          圖 11 差模噪聲的裕度測試:(a) 設定界面 (b) 掃描測試界面

          泰克公司提供了業界領先的關于PCIe 3.0 & 4.0的一致性解決方案,通過使用泰克公司的高性能的示波器、高性能的誤碼儀、以及靈活的自動化軟件,能夠大大縮短用戶的開發時間,使得用戶的產品在市場上更具競爭力。

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          胡偉武提到,2019年龍芯中科銷售收入是2018年的2.2倍,利潤是2018年的3倍以上,2019年....
          發表于 2020-01-22 11:45? 5461次閱讀
          龍芯2019年凈利潤首破1億元,2020年將成立...

          基于FPGA技術的LVDS傳輸模式如何實現PCI...

          隨著電子技術的飛速發展,微處理器、存儲器技術的不斷革新,傳統的并行總線PCI逐漸成為系統整體性能的瓶....
          發表于 2020-01-16 09:53? 800次閱讀
          基于FPGA技術的LVDS傳輸模式如何實現PCI...

          益萊儲2020年展望:觀測試儀器需求五大趨勢,為...

          中國作為全球第二大租賃市場,租賃規模發展十分迅速,但行業滲透率仍與發達國家有較大差距,僅為6.8%,....
          發表于 2020-01-09 15:05? 599次閱讀
          益萊儲2020年展望:觀測試儀器需求五大趨勢,為...

          金士頓中端PCIe 4.0 SSD將推出,高性價...

          去年,隨著銳龍三代的推出,影馳、海盜船等廠家推出了PCIe 4.0 SSD,采用群聯E16主控,價格....
          發表于 2020-01-09 11:17? 918次閱讀
          金士頓中端PCIe 4.0 SSD將推出,高性價...

          三星980 Pro硬盤,升級PCIe 4.0還是...

          說到高性能SSD硬盤中的王者,三星的970 Pro系列必須有名字,該系列硬盤發了快2年了,依然是NV....
          發表于 2020-01-09 09:21? 2586次閱讀
          三星980 Pro硬盤,升級PCIe 4.0還是...

          威剛發布新款PCIe 4.0 SSD,寫入速率將...

            根據消息報道,威剛展示了新款的PCIe 4.0 SSD,順序讀取速度超過了7GB/s,隨機讀取速....
          發表于 2020-01-08 15:21? 1776次閱讀
          威剛發布新款PCIe 4.0 SSD,寫入速率將...

          請教PCIe信號相關問題

          PCIe Switch IDT-89HPES24T6G2,下游端口接了4路PCIe x1,第4路(PE5,pcb中紅色標識)無法識別,請...
          發表于 2020-01-08 15:02? 570次閱讀
          請教PCIe信號相關問題

          三星PCIe 4.0 SSD 980 Pro推出...

          去年,根據銳龍三代的發布,眾多廠家都推出了PCIe 4.0的SSD,現在三星也推出了自家的PCIe ....
          發表于 2020-01-08 13:55? 1768次閱讀
          三星PCIe 4.0 SSD 980 Pro推出...

          香橙派Orange Pi 4/4B 開發板的PCIE接口測試

          香橙派最新的兩款開發板,Orange Pi 4和Orange Pi 4B,都帶有24pin PCIE接口,目前開發板的 Android8.1系統適...
          發表于 2020-01-07 20:20? 4334次閱讀
          香橙派Orange Pi 4/4B 開發板的PCIE接口測試

          金士頓第一款PCIe 4.0 NVMe SSD將...

          同時發布的還有U.2、M.2規格的數據中心級NVMe SSD,擁有可預測的低延遲、I/O一致性,適合....
          發表于 2020-01-07 09:22? 931次閱讀
          金士頓第一款PCIe 4.0 NVMe SSD將...

          工控機中的Mini PCIe其作用是什么

          對于無風扇嵌入式工控機來說,尺寸要相對小巧緊湊,傳統的PCI和PCIE尺寸會大一些,所以目前流行的工....
          發表于 2020-01-06 14:49? 282次閱讀
          工控機中的Mini PCIe其作用是什么

          Intel下一代傲騰SSD將支持PCIe 4.0...

          AMD無論服務器還是桌面,無論處理器、顯卡還是主板,都已經全面支持PCIe 4.0,Intel這邊雖....
          發表于 2020-01-06 09:20? 1208次閱讀
          Intel下一代傲騰SSD將支持PCIe 4.0...

          索尼CFexpress B型儲存卡明年1月預售,...

          今年初索尼宣布已經研發出CFexpress B型儲存卡,速度可達到目前索尼最快的CFast的3倍。C....
          發表于 2019-12-26 14:22? 1568次閱讀
          索尼CFexpress B型儲存卡明年1月預售,...

          PCIE XDMA IP核介紹

          1.PCIE的發送和接收數據本工程的目的是在XC7K325tffg的平臺上實現pcie的數據發送和接收,速率8通道2.5GB/s,首...
          發表于 2019-12-26 10:46? 397次閱讀
          PCIE XDMA IP核介紹

          PCIE 上位機 介紹

          開發環境:windows開發平臺:QT5.11.3 1.PCIE上位機測試過程 FPGA將數據傳到芯片中,通過pcie再將芯片算完...
          發表于 2019-12-26 10:27? 268次閱讀
          PCIE 上位機 介紹

          PCIe 4.0需求量將大增 業內人士將希望寄托...

          盡管有AMD和SSD廠商的推送,PCIe 4.0的產品陣營似乎仍舊不夠強大,更談不上普及。
          發表于 2019-12-26 09:09? 1246次閱讀
          PCIe 4.0需求量將大增 業內人士將希望寄托...

          OWC推出PCIe SSD,順序讀取速度可達63...

          不久前,OEM廠商OWC為Mac Pro 2019推出了RAM升級包,8 x 128 GB,售價約 ....
          發表于 2019-12-25 16:25? 1530次閱讀
          OWC推出PCIe SSD,順序讀取速度可達63...

          中科曙光推出基于龍芯處理器的龍騰G30系列新品,...

          昨天,龍芯中科公司在北京舉辦發布會推出了龍芯3A4000、3B4000處理器。現在,中科曙光發布消息....
          發表于 2019-12-25 14:17? 1889次閱讀
          中科曙光推出基于龍芯處理器的龍騰G30系列新品,...

          PCIe 4.0 SSD的前景優勢到底有多大

          無論承認與否,2019年對于整個DIY硬件行業來說,都是充滿驚喜和極具意義的一年。
          發表于 2019-12-23 09:52? 1385次閱讀
          PCIe 4.0 SSD的前景優勢到底有多大

          西數SN550藍盤SSD開售,250GB售價29...

          據悉,新款的NVMe SSD Blue SN550是SN500的升級版,升級到了4條PCIe通道來獲....
          發表于 2019-12-19 15:05? 1511次閱讀
          西數SN550藍盤SSD開售,250GB售價29...

          PCIE項目中AXI4 IP核例化詳解

          本工程實現PCIE的8通道速率2.2GBps通信,并驗證數據的正確性。 本工程里已經把PCIE部分做成一個封裝的模塊...
          發表于 2019-12-13 17:10? 481次閱讀
          PCIE項目中AXI4 IP核例化詳解

          西數SN550藍盤SSD在京東開啟預售,連續傳輸...

          12月11日消息,昨天,西數正式發布了SN550藍盤SSD,現在這款產品已經在京東開啟預約,250G....
          發表于 2019-12-12 15:38? 1836次閱讀
          西數SN550藍盤SSD在京東開啟預售,連續傳輸...

          UltraSoC嵌入式分析架構新增高速通信功能

          UltraSoC宣布:為其嵌入式分析架構新增高速通信功能,它可支持在數據中心、高性能計算、人工智能(....
          發表于 2019-12-02 19:26? 280次閱讀
          UltraSoC嵌入式分析架構新增高速通信功能

          請教關于PCIE的設計問題?

          各位大佬, 想在板子上加一個PCIe轉網口的芯片LAN7430。不想通過插槽金手指的方式, 直接在板上布線連線,可以...
          發表于 2019-11-29 16:09? 368次閱讀
          請教關于PCIE的設計問題?

          技嘉AORUS推出高端PC硬件陣容的全新X299...

          針對專業級別的內容創作工作,技嘉X299X系列和TRX40系列兩款近期新推出的高端主板,不但支持多核....
          發表于 2019-11-28 16:02? 381次閱讀
          技嘉AORUS推出高端PC硬件陣容的全新X299...

          英偉達Tesla V100介紹

          Tesla V100s在物理上與V100相同。它遵循類似的雙插槽PCIe附加卡(AIC)設計,并采用....
          發表于 2019-11-28 15:18? 3155次閱讀
          英偉達Tesla V100介紹

          NVIDIA頂級計算卡Tesla V100s發布...

          SC 2019超算大會期間,NVIDIA低調發布了新款頂級計算卡Tesla V100S,自然就是此前....
          發表于 2019-11-25 09:48? 3128次閱讀
          NVIDIA頂級計算卡Tesla V100s發布...

          ZYNQ調用XDMA PCIE IP同時讀寫PS DDR,導致藍屏問題。

          你好! 我在ZYNQ 7015里(或者7035) 調用XDMA PCIE IP 從上位機HOST PC通過PCIE接口給ZY...
          發表于 2019-11-21 10:35? 928次閱讀
          ZYNQ調用XDMA PCIE IP同時讀寫PS DDR,導致藍屏問題。

          2019高交會,縱觀鼎陽三館同展,精彩不斷

          三館同展,雖側重不同,卻使方案演示、技術講解和產品體驗相輔相成,各具風采,為各行各業有測試需求的觀眾....
          發表于 2019-11-19 08:40? 479次閱讀
          2019高交會,縱觀鼎陽三館同展,精彩不斷

          UFS 3.0理論速度可達3GB/S,為什么蘋果...

          自從一加7Pro推出之后,除了90Hz的屏幕,另一個亮點就是UFS3.0閃存顆粒,其傳輸速度達到了1....
          發表于 2019-11-18 16:13? 9941次閱讀
          UFS 3.0理論速度可達3GB/S,為什么蘋果...

          Rambus PCIe 5.0解決方案已開放使用...

          Rambus 開發了一套基于 7nm 工藝的全面型 PCIe 5.0 與 CXL 接口解決方案,現已....
          發表于 2019-11-14 15:54? 1292次閱讀
          Rambus PCIe 5.0解決方案已開放使用...

          【360度看新一代示波器】系列之四:最大化內存使...

          復雜系統的調試和驗證面臨許多測試技術挑戰,包括捕獲和可視化多個不頻繁或間斷出現的事件,如串行數據包、....
          發表于 2019-11-14 11:03? 212次閱讀
          【360度看新一代示波器】系列之四:最大化內存使...

          希捷推出首款PCIe 4.0 SSD新品

          死守機械硬盤顯然非明策,老牌廠商希捷加速在SSD領域布局。
          發表于 2019-11-13 15:15? 1338次閱讀
          希捷推出首款PCIe 4.0 SSD新品

          最新吉時利SMU模塊解決了低電流、高電容的棘手測...

          Keithley 4200A-SCS參數分析儀模塊為擁有高測試連接電容、不穩定低電流測量的應用提供了....
          發表于 2019-11-13 09:33? 237次閱讀
          最新吉時利SMU模塊解決了低電流、高電容的棘手測...

          MPI推出NoiseShield?產品為1/f ...

          MPI推出了一款新的 NoiseShield?產品,選配此產品可提供卓越的 EMI 屏蔽功能、低接地....
          發表于 2019-11-10 10:08? 261次閱讀
          MPI推出NoiseShield?產品為1/f ...

          【汽車以太網測試】系列之一:全雙工通信帶來測試挑...

          隨著汽車行業加快轉向汽車以太網技術,全方位設計驗證對保證多個ECU之間的互操作能力和可靠運行至關重要....
          發表于 2019-10-30 17:19? 397次閱讀
          【汽車以太網測試】系列之一:全雙工通信帶來測試挑...
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