PCIe鏈路訓(xùn)練之通道極性和順序翻轉(zhuǎn)

Hi，我是小杜。PCIe作為高速傳輸總線，使用差分信號線傳輸數(shù)據(jù)，支持多通道鏈路。但由于設(shè)計(jì)需求和布局限制，可能需要在設(shè)備之間或主板上調(diào)整PCIe通道走向，因此可能會產(chǎn)生信號極性和通道順序的問題，如處理不當(dāng)會造成數(shù)據(jù)解析錯(cuò)誤、損害信號質(zhì)量等后果。PCIe規(guī)范考慮到這一點(diǎn)，提出了通道極性翻轉(zhuǎn)和通道順序翻轉(zhuǎn)的解決方案，小杜來講一下此過程。小杜經(jīng)驗(yàn)尚淺，如有錯(cuò)誤，還請批評指正。

信號極性翻轉(zhuǎn)

PCIe使用差分信號對來傳輸數(shù)據(jù)，即通過兩根電氣線傳輸，每根線攜帶相同的信號，但電壓極性相反，稱為正極（D+）和負(fù)極（D-）。通常發(fā)射端的D+直接連接到接收器的D+，D-同理。如下圖所示，發(fā)射端Tx，中間連接器Connector和接收端Rx的D+、D-一一對應(yīng)。

但由于布局布線等原因，Tx的D+可能和接受端的D-連接。對于Rx來說，它們并不知道和對端的電氣線具體是如何連接的，正負(fù)極接反會導(dǎo)致Rx解析出相反的數(shù)據(jù)，比如1010解析為0101（所有bit都相反）。

PCIe協(xié)議考慮到了這一點(diǎn)，提供了在訓(xùn)練階段各通道Rx自動識別并調(diào)整其極性的方法。當(dāng)鏈路訓(xùn)練進(jìn)入到Polling階段時(shí)，Rx可以通過識別TS1 OS的TS1 OS Identifier Symbol(TS1 OS識別符)來判斷通道當(dāng)前極性，以Symbol 10到15為例，當(dāng)識別到4Ah（0100_1010）時(shí)表示通道極性正常，當(dāng)識別到B5h（1011_0101）時(shí)則表明D+接到了D-上，此時(shí)Rx需要自動按相反極性解析收到的數(shù)據(jù)。只有當(dāng)鏈路所有的通道都正確地受到4Ah后才會進(jìn)一步解析訓(xùn)練序列中攜帶的信息。

通道位置翻轉(zhuǎn)

考慮另一種情況，如果Tx端從上到下是Lane3 ~ Lane0，而Rx端是Lane0~Lane3，這種情況稱為通道位置反轉(zhuǎn)，此時(shí)#Lane0的引腳會接到#Lane3的引腳上。由于TLP和DLLP的傳輸對通道順序有要求，比如STP和SDP必須放置在Lane0，因此鏈路訓(xùn)練時(shí)一側(cè)需要根據(jù)各Lane受到的訓(xùn)練序列來翻轉(zhuǎn)其通道順序，以實(shí)現(xiàn)Tx和Rx的通道順序匹配，當(dāng)通道順序翻轉(zhuǎn)時(shí)需要翻轉(zhuǎn)所有通道。

一些PCIe金手指有防呆口設(shè)計(jì)，可以避免通道順序翻轉(zhuǎn)的情況，但對于焊在主板上的PCIe芯片，可能會出現(xiàn)兩端通道順序相反的情況。如果不進(jìn)行通道位置翻轉(zhuǎn)，就需要使用PCB導(dǎo)孔換層來解決，這會降低高速信號質(zhì)量，所以推薦PCIe設(shè)備支持通道位置翻轉(zhuǎn)功能。

當(dāng)然，信號極性翻轉(zhuǎn)和通道順序翻轉(zhuǎn)可能會同時(shí)出現(xiàn)，如下圖所示，Tx/Connector/Rx之間通道順序相反，4條Lane的極性也相反。????????????????????????????????????????????????????

通過上述說明可以看出即使出現(xiàn)了通道極性和順序的問題，PCIe鏈路訓(xùn)練也可以自動完成通道間的匹配，這通常對用戶來說是無感的。只有確保各通道連接正確，才能正常解析數(shù)據(jù)，繼續(xù)后續(xù)的鏈路訓(xùn)練步驟。感謝你耐心地看到這里。