解決PCIe協(xié)議驗(yàn)證挑戰(zhàn)

PCIe 的分層協(xié)議帶來(lái)了不同的挑戰(zhàn)，因此也帶來(lái)了不同的解決方案。

PCI Express （PCIe） 驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)的主要關(guān)注點(diǎn)是與前幾代 PCIe 的互操作性和向后兼容性。這需要工具來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的參數(shù)和協(xié)議方面，以確保合規(guī)性并驗(yàn)證設(shè)計(jì)性能。PCIe的分層特性推動(dòng)了不同的測(cè)試挑戰(zhàn)和解決方案，具體取決于關(guān)注的領(lǐng)域。

PCIe技術(shù)是一種分層協(xié)議，如圖1所示：

圖 1：不同層的 PCIe 協(xié)議需要不同類型的測(cè)試。

協(xié)議級(jí)驗(yàn)證挑戰(zhàn)

一旦用戶在物理層級(jí)別達(dá)到數(shù)據(jù)有效狀態(tài)，這需要驗(yàn)證鏈路信令和LTSSM 操作，他們就會(huì)使用 協(xié)議分析儀和練習(xí)器在協(xié)議級(jí)別測(cè)試更高層。分析儀連接到處于活動(dòng)狀態(tài)的兩個(gè)設(shè)備之間的鏈路，以觀察和評(píng)估每個(gè)級(jí)別的數(shù)據(jù)。鍛煉器作為終端設(shè)備連接，以模擬壓力條件并記錄DUT 如何響應(yīng)。PCIe 數(shù)據(jù)鏈路層的驗(yàn)證通過(guò)規(guī)范測(cè)試來(lái)執(zhí)行，這些測(cè)試檢查正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)包 （DLLP）、確認(rèn)、否定確認(rèn)、重傳、和流量控制。驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)需要能夠從所有錯(cuò)誤（包括間歇性故障）中恢復(fù)的強(qiáng)大系統(tǒng)。

協(xié)議驗(yàn)證的主要挑戰(zhàn)

是快速準(zhǔn)確地測(cè)試系統(tǒng)功能，以便產(chǎn)品能夠上市。必須以有效的方式檢測(cè)、分析和糾正協(xié)議錯(cuò)誤。

調(diào)試 PCIe 協(xié)議意味著捕獲高速流量，包括電源管理轉(zhuǎn)換。協(xié)議調(diào)試工具需要快速鎖定流量，然后觸發(fā)獨(dú)特的協(xié)議序列。調(diào)試較低級(jí)別的問(wèn)題，例如電源管理，需要非?？斓逆i定時(shí)間。捕獲流量后，查看不同抽象級(jí)別的數(shù)據(jù)可以隔離問(wèn)題。

PCIe 協(xié)議調(diào)試中出現(xiàn)的另一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是以非侵入 方式訪問(wèn)信號(hào)。連接到 PCIe 總線的探頭不得以影響總線值或操作的方式干擾或更改信號(hào)。探測(cè)信號(hào)的位置和方式取決于每個(gè)獨(dú)特的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。中間總線探測(cè)器提供對(duì)流量的訪問(wèn)，但不得影響信號(hào)質(zhì)量。插槽中介層需要在長(zhǎng)跡線上被動(dòng)地傳遞信號(hào)，而不是改變信號(hào)。驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)需要具有多種探測(cè)選項(xiàng)的靈活訪問(wèn)權(quán)限。

隨著 PCIe 4.0 的到來(lái)，將速度提高到 16 GTps 將延續(xù) PCIe 3.0 中 8 GTps 的一些相同趨勢(shì)，需要更高的信號(hào)質(zhì)量調(diào)諧和均衡能力才能實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證。NVMe 協(xié)議提出了許多新的測(cè)試挑戰(zhàn)。NVMe 為 PCIe 連接的設(shè)備創(chuàng)建了一個(gè)新的高性能可擴(kuò)展主機(jī)控制器接口，該接口映射來(lái)自主機(jī)的內(nèi)存，以便將數(shù)據(jù)移入和移出存儲(chǔ)設(shè)備，具有低延遲和端到端數(shù)據(jù)保護(hù)。該接口利用多個(gè)隊(duì)列來(lái)管理和提供優(yōu)化的命令提交和完成路徑，并支持并行操作。

協(xié)議驗(yàn)證測(cè)試設(shè)置

使用分析儀進(jìn)行驗(yàn)證的最終目標(biāo)是測(cè)試鏈路和數(shù)據(jù)傳輸，以確保設(shè)備功能和互操作性。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，協(xié)議分析器需要提供對(duì)每個(gè)獨(dú)特協(xié)議層發(fā)生的情況的可見(jiàn)性。在進(jìn)行故障排除時(shí)，用戶必須將特定錯(cuò)誤跟蹤到適當(dāng)?shù)膶右赃M(jìn)行更正。為了驗(yàn)證設(shè)備，協(xié)議練習(xí)者需要能夠在同一張卡中模擬根復(fù)合體或端點(diǎn)。 鍛煉者通過(guò)發(fā)送適當(dāng)?shù)?I/O 流量來(lái)刺激被測(cè)設(shè)備，充當(dāng)理想的鏈接伙伴。 然后，可以通過(guò)模擬各種條件和場(chǎng)景來(lái)驗(yàn)證DUT 的錯(cuò)誤恢復(fù)過(guò)程，而不會(huì)影響 其性能參數(shù)。

在這些功能和測(cè)試中，用戶必須通過(guò)一致的表示來(lái)解決信號(hào)訪問(wèn)發(fā)生方式和位置的復(fù)雜性，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)恢復(fù)。探測(cè)解決方案需要具有高性能和多功能性，以適應(yīng)不同類型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。探測(cè)需要保持非侵入性，以便訪問(wèn)不會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量或協(xié)議操作。

以下每個(gè)功能都需要使用練習(xí)器和分析器進(jìn)行測(cè)試，以確保數(shù)據(jù)鏈路和事務(wù)層功能正常且合規(guī)：

均衡 （EQ） 是訓(xùn)練兩個(gè)終端以可靠地傳輸每個(gè)比特的過(guò)程。每個(gè)單獨(dú)的車道都必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)。在 by-4鏈接中，每個(gè)鏈接可以有不同的調(diào)整參數(shù)。訓(xùn)練是動(dòng)態(tài)的，需要正確設(shè)置每個(gè)泳道的前光標(biāo)、光標(biāo)和后光標(biāo)值。信號(hào)質(zhì)量對(duì)于成功運(yùn)行至關(guān)重要。EQ 過(guò)程對(duì)于 PCIe 3.0 8 GTps 速度的成功鏈接至關(guān)重要， 對(duì)于 16 GTps 的 PCIe 4.0更為重要。

鏈路訓(xùn)練信令狀態(tài)機(jī) （LTSSM） 分析觀察和控制鏈路的不同可能狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換處理鏈接、恢復(fù)和電源管理。LTSSM 的目標(biāo)是達(dá)到稱為 L0 的狀態(tài)——鏈路處于活動(dòng)狀態(tài)并且可以傳輸數(shù)據(jù)。LTSSM 中的其他狀態(tài)，例如配置、訓(xùn)練和錯(cuò)誤恢復(fù)例程，提供鏈路控制和恢復(fù)以及電源管理功能。

數(shù)據(jù)包捕獲查看單個(gè) PCIe 數(shù)據(jù)包以解碼響應(yīng)和設(shè)備配置和枚舉。從內(nèi)存讀取和寫入的過(guò)程是基于數(shù)據(jù)包中包含的地址來(lái)通過(guò)鏈路傳輸數(shù)據(jù)的。

性能分析和流量控制會(huì)影響響應(yīng)時(shí)間和整體吞吐量。流量控制用于防止緩沖區(qū)溢出，并且可以清楚地識(shí)別可能對(duì)數(shù)據(jù)吞吐量產(chǎn)生負(fù)面影響的信用不足問(wèn)題。

在滿足所有測(cè)試以建立穩(wěn)定的通信通道后，下一步是驗(yàn)證PCIe 總線上的應(yīng)用層（例如 NVMe）。對(duì)于 NVMe 協(xié)議測(cè)試，用戶將需要一個(gè)工具來(lái)觀察不同部分的交互方式。數(shù)據(jù)鏈路層、確認(rèn)、流控制、多個(gè)隊(duì)列和多個(gè)命令需要協(xié)調(diào)。在一次 NVMe 讀取中可能需要分析數(shù)千個(gè)數(shù)據(jù)包。一個(gè)好的工具將

總結(jié)

溝通并幫助深入了解解決任何運(yùn)營(yíng)問(wèn)題所需的細(xì)節(jié)。隨著 NVMe 規(guī)范的發(fā)展，協(xié)議分析器將繼續(xù)成為用戶驗(yàn)證設(shè)計(jì)的寶貴工具。

仿真是 NVMe 測(cè)試的另一個(gè)重要方面。用戶需要能夠在操作中創(chuàng)建多個(gè)隊(duì)列和命令，以確?？刂破骺梢怨芾聿煌愋偷呐渲?。這種模擬過(guò)程的配套工具稱為 NVMe 練習(xí)器。這些工具可以執(zhí)行識(shí)別常見(jiàn)實(shí)施錯(cuò)誤的驗(yàn)證測(cè)試序列。

驗(yàn)證設(shè)備是否符合 PCI-SIG 標(biāo)準(zhǔn)的最終目標(biāo)是互操作性、可靠性、與先前 PCIe 標(biāo)準(zhǔn)的向后兼容性以及上市速度。協(xié)議級(jí)測(cè)試需要靈活設(shè)計(jì)的工具，不僅針對(duì)當(dāng)前這一代的挑戰(zhàn)，而且理想情況下具有內(nèi)置功能，可以預(yù)測(cè)這些層在未來(lái)版本的規(guī)范中的演變。無(wú)論是基于 PCIe 還是基于 NVMe，正確的綜合測(cè)試解決方案集將繼續(xù)幫助驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)通過(guò)工具克服驗(yàn)證挑戰(zhàn)，并支持他們進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)試。

審核編輯：郭婷