如何使用CrossSync PHY 軟件來調(diào)試異常鏈路行為

隨著連續(xù)幾代 PCI Express 以 8 Gbps、16 Gbps 和 32 Gbps 的速度運行，動態(tài)鏈路均衡變得至關(guān)重要。均衡會補償通信信道對信號的影響。

這些影響包括充當(dāng)?shù)屯?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器的鏈路，它會衰減數(shù)據(jù)流中的關(guān)鍵高頻分量，此外，由連接器和過孔引起的鏈路阻抗不連續(xù)會進一步降低鏈路性能。

PCIe均衡可應(yīng)用于發(fā)送端 （TxEQ）、接收端 （RxEQ） 或兩端都應(yīng)用， TxEQ 涉及去加重和預(yù)沖，而 RxEQ 涉及連續(xù)時間線性均衡 （CTLE） 和判決反饋均衡 （DFE）。

在發(fā)送端，去加重會使跳變后的第一位以全幅度 （Va） 發(fā)送，相同極性的后續(xù)位以降低的電平 （Vb） 傳輸，但在下一次跳變之前的最后一位除外，它以提高的預(yù)沖電平 （Vc） 傳輸。此外，轉(zhuǎn)換之間的單個bit位以最大增強電平 （Vd） 傳輸。

去加重和增強的組合補償了鏈路會衰減的信號高頻成分。均衡涉及多個階段的鏈路訓(xùn)練序列，有時會產(chǎn)生意想不到的結(jié)果。

使用 PCIE CrossSync PHY關(guān)聯(lián)協(xié)議層和物理層數(shù)據(jù)的能力可以幫助定位鏈路訓(xùn)練后可能出現(xiàn)的邏輯和電氣問題。

PCIE鏈路訓(xùn)練過程

發(fā)送端均衡（去加重、預(yù)沖和增強），是由 PCIe 系統(tǒng)的 TxEQ內(nèi)的三抽頭有限脈沖響應(yīng) （FIR） 濾波器實現(xiàn)。鏈路訓(xùn)練的目標(biāo)是確定給定通信鏈路的最佳 FIR 濾波器系數(shù)，也稱為游標(biāo)系數(shù)。鏈路訓(xùn)練在下行端口和上行端口之間交換有序數(shù)據(jù)集，包括TS1訓(xùn)練序列和TS2訓(xùn)練序列 。

PCIe 鏈路訓(xùn)練是如何運行的？

以PCIE4.0為例，PCIe 4.0 鏈路訓(xùn)練從速度變化協(xié)商開始，有4個階段，階段 0 到階段 3。在階段 0，下行端口以 8GT/s 數(shù)據(jù)速率向上行端口發(fā)送 TS2 有序集，通告 16GT/s 的最大數(shù)據(jù)速率。在階段 1，兩個端口交換 TS1 有序集，在每 32 個 TS1 有序集之后穿插一個電氣空閑退出有序集 （EIEOS），以建立操作鏈路。

EIEOS 的目的是保證鏈路伙伴可以檢測到電氣空閑退出狀態(tài)，EIEOS 數(shù)據(jù)包符號（四個交替的 00 00 FF FF 序列）產(chǎn)生規(guī)則且具有相對較少的轉(zhuǎn)換的電信號，這對于在調(diào)試期間觀察信號的物理層屬性非常有用。

Presets和P10的作用

隨后的階段涉及數(shù)據(jù)交換以優(yōu)化電氣性能。PCIe 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 11 種去加重、預(yù)沖和增強游標(biāo)系數(shù)的預(yù)定義組合，稱為Preset，并標(biāo)記為 P0 到 P10。

在鏈路訓(xùn)練期間，PCIe 設(shè)備會請求Preset或游標(biāo)系數(shù)——后者提供更精細(xì)的設(shè)置選項，而Preset提供快捷便利。Preset是根據(jù)電壓比，以及前沖和去加重系數(shù)（以 dB 為單位）定義的。

但 P10 除外，它用于在全幅度下進行發(fā)射機升壓限制測試，并且其升壓限制不固定，主要用于測試。

在第 2 階段，上行端口請求下行端口配置其發(fā)射機均衡Preset或游標(biāo)系數(shù)，以補償鏈路通道并確保最佳性能。階段 3 交換角色，下行端口請求上行端口配置其發(fā)射機均衡Preset或游標(biāo)系數(shù)以補償鏈路。均衡訓(xùn)練完成后，下行端口和上行端口交換TS2有序集。

鏈路訓(xùn)練和狀態(tài)機 （LTSSM） 會經(jīng)過 Recovery.RcvrLock、Recovery.RcvrCfg 和 Recovery.Idle 狀態(tài)，在每 32 個 TS1 或 TS2 有序集之后發(fā)送一個 EIEOS，然后再建立活動 L0 狀態(tài)。因此，TS2 有序集和 EIEOS 可用于觸發(fā)儀器和定位物理層信號，以幫助調(diào)試均衡后的鏈路訓(xùn)練行為。

比較Preset和報告的TxEQ

要在實際系統(tǒng)中驗證鏈路均衡，可以使用示波器和協(xié)議分析儀，以及力科的PCIE CrossSync PHY軟件，將兩臺儀器鏈接在一起。

CrossSync PHY 安裝到示波器上，將來自兩臺儀器的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，以提供完整的鏈路可見性，讓您可以查看與協(xié)議分析儀的協(xié)議層數(shù)據(jù)在時間上相關(guān)聯(lián)的來自示波器的物理層波形。

此外，具有 CrossSync PHY 功能的信號采集卡可以監(jiān)測被測器件并向協(xié)議分析儀和示波器提供數(shù)據(jù)。

如何設(shè)置觸發(fā)

要確定鏈路均衡過程的有效性，需要在第 3 階段結(jié)束時檢查鏈路行為。

為此，將協(xié)議分析器配置為在速度更改為 16 GT/s 后出現(xiàn)的第一個 TS2 有序集上觸發(fā) ，并設(shè)置示波器以捕獲多個鏈路的上行數(shù)據(jù)。此觸發(fā)設(shè)置將確保在完成最終均衡設(shè)置并轉(zhuǎn)換到活動 L0 狀態(tài)后捕獲數(shù)據(jù)。

如何檢查確認(rèn)報告的Preset

CrossSync PHY 上顯示的協(xié)議數(shù)據(jù)顯示了數(shù)據(jù)包詳細(xì)信息，例如數(shù)據(jù)包編號、有序集、數(shù)據(jù)速率和均衡控制，其中也包括Preset值。CrossSync PHY 還顯示了與協(xié)議數(shù)據(jù)在時間上相關(guān)的的示波器波形，顯示了發(fā)射機均衡的電氣效應(yīng)。

下圖中的示波器波形顯示了通道 1 和通道 2 上行信號的電氣行為明顯不同。為此，將協(xié)議分析器配置為在速度更改為 16 GT/s 后出現(xiàn)的第一個 TS2 有序集上觸發(fā) ，并設(shè)置示波器以捕獲多個鏈路的上行數(shù)據(jù)。 此觸發(fā)設(shè)置將確保在完成最終均衡設(shè)置并轉(zhuǎn)換到活動 L0 狀態(tài)后捕獲數(shù)據(jù)。

確定是邏輯問題還是電氣問題？

仔細(xì)查看階段 3 結(jié)束時報告的 TxEQ 協(xié)議層數(shù)據(jù)，顯示通道 0 和 2 報告已訓(xùn)練到 TxEQ P6，而通道 1 和 3 報告已訓(xùn)練到 TxEQ P10。這個結(jié)果表示了潛在的意外行為，可能是因為一個通道誤報了其狀態(tài)。

一個設(shè)備訓(xùn)練不同的通道到不同的 TxEQ Preset并非不可能，而且 P6 是一種相對常見的Preset，許多設(shè)備在 16 GT/s 的信號質(zhì)量合規(guī)性測試中會使用它。但是，P10 并不是期望在實時鏈接中看到的Preset。

如前所述，它的存在主要是為了方便設(shè)備電氣測試，如果鏈路另一端的設(shè)備請求 P10，它不知道會發(fā)生什么。

放大物理層波形以檢查去加重程度

問題是通道 1 是否真的被訓(xùn)練到 P10，或者它是否錯誤地報告它被訓(xùn)練到 P10。換句話說，這個意料之外的結(jié)果表示的是純粹的邏輯問題還是邏輯電氣問題？

要進一步驗證，可以在協(xié)議數(shù)據(jù)中，在第 3 階段結(jié)束附近選擇一個 EIEOS 數(shù)據(jù)包，以放大相應(yīng)的示波器波形。EIEOS 數(shù)據(jù)包具有相對較少的轉(zhuǎn)換，在示波器時域波形上可以清楚地看到兩個信號之間的去加重差異。

如下圖所示，報告說它被訓(xùn)練到 P10 的通道比報告說它被訓(xùn)練到 P6 的通道在轉(zhuǎn)換后對信號的去加重程度要高得多。進一步的驗證證明，P10 通道比訓(xùn)練到 P6 的通道眼張開度小的多。此處的解決方案是檢查導(dǎo)致設(shè)備訓(xùn)練到 P10 的邏輯問題的固件。

總結(jié)

力科的PCIE CrossSync PHY 軟件可同步示波器和協(xié)議分析儀，讓您可視化、保存、調(diào)用和分析同步的示波器和協(xié)議分析儀數(shù)據(jù)，以幫助解決 PCIe 均衡過程中可能出現(xiàn)的意外問題。一個與均衡后的鏈路行為相關(guān)的示例演示了如何使用 CrossSync PHY 軟件來調(diào)試異常鏈路行為。

除了驗證有問題的鏈路訓(xùn)練行為外，PCIE CrossSync PHY還可以通過對邊帶信號、參考時鐘、數(shù)據(jù)通道和電源軌的可見性來幫助表征整個啟動序列，幫助觀察電氣和協(xié)議域中的速度變化。