如何快速洞察PCIe發(fā)送端鏈路健康狀況?

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傳統(tǒng)上，發(fā)送端（Tx）測試一直要求使用示波器，來測量被測器件（DUT）發(fā)送信號的眼高和眼寬，以評估信號質(zhì)量。作為驗證一致性測試系統(tǒng)一貫指定的工具，示波器被大量用于開發(fā)工作中，來確定DUT是否能通過許多高速I/O（HSIO）標準一致性測試認證。盡管示波器對開發(fā)和調(diào)試非常關鍵，但為了更快洞察發(fā)送端鏈路健康狀況，業(yè)界正越來越多地需要其他設備，來縮短示波器的測試時間。

本文介紹實際案例，演示泰克全新的TMT4 PCIe性能綜合測試儀發(fā)送端測試方法，如何為PCIe板卡和系統(tǒng)設計提供可操作的測試見解。

BIOS設置和互操作能力

泰克與客戶密切合作，發(fā)現(xiàn)在多種案例中，TMT4 PCIe性能綜合測試都可以傳統(tǒng)測試系統(tǒng)和一致性測試進行補充。在第一個案例中，某主板制造商試圖改變被傳統(tǒng)一致性測試測量的BIOS設置，以優(yōu)化信號質(zhì)量。下表顯示，通路0到通路4默認的BIOS設置和更新后的BIOS設置的眼寬和眼圖均通過測試，測得結果略有變化。

表1 原始BIOS設置和更新后的BIOS設置的一致性測試結果

盡管如此，該主板制造商在更新的BIOS設置里開始出現(xiàn)互操作問題，而以前在默認設置里是沒有的。由于這兩種一致性測試結果之間差異已經(jīng)最小化，該制造商不確定是什么導致了問題，也不確定為什么使用自己的測試系統(tǒng)時這兩種配置都通過了測試。

泰克公司與該制造商合作，看看TMT4 PCIe性能綜合測試是否能夠得到任何有用的信息，而這些信息是其測試系統(tǒng)的結果中沒有顯示的。開始前，TMT4先使用默認BIOS設置運行了快速掃描，它發(fā)起自然鏈路協(xié)商，用了5分鐘的測試時間，來查看能找到什么信息。下面幾個圖是眼圖、鏈路訓練參數(shù)以及格式化表格使用的可能的DFE抽頭值的范圍。

圖1 默認BIOS設置的快速掃描圖

表2 鏈路訓練參數(shù)和DFE階范圍

前4條通路的數(shù)據(jù)提取自鏈路訓練參數(shù)表，以便與上面的BIOS設置結果子集進行對比，DFE抽頭值則根據(jù)每個DFE抽頭的上下限有地條件格式化在Excel電子表格中。顯而易見的是，PCIe性能綜合測試并沒有訓練到根據(jù)缺省BIOS設置而變化的哪些Preset上。這表明TMT4和DUT之間協(xié)商到的Preset并不在與BIOS變化有關的諸Preset中。

此外，我們可以清楚地看到，DFE的抽頭1被很大力度地使用以張開眼圖，這表明接收端正在使用很大的均衡以便形成鏈路。因此，當鏈路能夠形成時，另一個接收端裕量差的DUT很可能會引發(fā)互操作能力問題。

由于DUT并不會自然地訓練到BIOS表中指明的通路和Preset設置，因此我們使用TMT4運行自定義掃描，查看DUT中的所有通路-Preset組合。在大約30分鐘后，TMT4收集到了下面的眼圖和鏈路訓練參數(shù)表。

圖2 默認BIOS設置的自定義掃描圖

表3 默認BIOS設置自定義掃描圖的鏈路訓練參數(shù)

與之前的快速掃描結果一樣，我們縮減了鏈路訓練參數(shù)表，僅僅比較我們評估的BIOS設置子集。同樣，很容易就看出DFE被用于張開眼圖的力度有多大，特別是來自DFE的抽頭1、抽頭2、抽頭5。同樣令人感興趣的是一致性測試結果與TMT4結果測得的眼高和眼寬的差異，如下表所示。

表4 眼高和眼寬測量數(shù)據(jù)對比—一致性測試和TMT4

我們再次使用Excel電子表格中的有條件格式化，這個表格直觀地展示了一致性測試結果與TMT4結果之間有意義的差異。特別是，對于眼高和眼寬來說，使用P7和P8的通路在使用真實鏈路流量的TMT4結果，看上去要比使用測試信號的一致性測試結果要糟糕得多。整體上，由于嚴重依賴均衡來張開眼圖，無論是在快速掃描結果和自定義掃描結果中，這個DUT發(fā)生互操作問題的機率都很高。

接下來，我們使用TMT4評估更新后的BIOS設置，看能得到什么。與前面一樣，該制造商發(fā)現(xiàn)在更新設置后，TMT4與DUT不能形成鏈路，因此不能掃描結果，如下面的截圖所示。

圖3 TMT4 Web UI截圖—使用更新后的BIOS設置沒有形成鏈路

雖然根據(jù)該制造商在更新BIOS設置后已經(jīng)看到的互操作問題，這個結果是意料之中的；當查看到在缺省設置中使用DFE的力度有多大，這個結果并不讓人吃驚。它表明，更新BIOS設置使得鏈路嚴重到足以導致了互操作問題，特別是DUT試圖與沒有良好的接收端裕度的對端進行互操作時。

在短短30分鐘測試中，通過對導出的結果進行基本的Excel格式化，TMT4能夠為這家制造商提供關于張開發(fā)送信號眼圖所需的均衡水平，以及復現(xiàn)其遇到的互操作問題等額外的信息。這個簡單案例說明了TMT4可以很好地對傳統(tǒng)一致性測試進行補充，特別是在一致性測試通過，但在設計中仍遇到互操作能力問題時。

重驅(qū)動器增益設計和互操作能力

另一家主板制造商試圖解決重驅(qū)動器增益設置中遇到的問題。他們采用芯片廠商提供的參考設計，在使用泰克TekExpress軟件和示波器時通過了測試，如通路0、8、15的結果如下面幾個圖所示。

圖4 Tek Express對重驅(qū)動器設置通路0、8、15的眼圖截圖

盡管結果通過了測試，但這家制造商仍然遇到了互操作問題，而又找不到根本原因。泰克科技為他們提供了一個機會，使用TMT4幫助他們調(diào)試這個問題。TMT4經(jīng)歷了在Gen4速度下DUT遇到的互操作問題，如下面的截圖所示。

圖5 TMT4 Web UI截圖—重驅(qū)動器設置在Gen 4速度下沒有形成鏈路

在Gen 4速度下未能形成鏈路后，TMT4被調(diào)整以在 Gen 3速度下測試DUT。在調(diào)節(jié)到Gen 3速度后，TMT4能夠與DUT形成鏈路。通過在Excel電子表格中進行一些基本分析，這家制造商能夠輕松地可視化問題發(fā)生在哪里。如下表所示，幾乎不需要均衡就能把插槽的高8條通路上的眼圖張開，但低8條通路上有一些通路有問題，如紅字所示。

圖6 在 PCIe Gen 3速度下重驅(qū)動器設置的鏈路訓練參數(shù)表和快速掃描眼圖

大家注意到，通路8-11使用的DFE抽頭1的均衡要遠超其他通路。這就快速地向制造商表明，與通路0-7相比，鏈路另一端的接收端不得不使用更大的均衡以便張開通路8-15的眼圖。在通路13上，大家注意到，不需要太大的均衡就能張開眼圖，但這明顯小于所有其他通路，特別是與通路0相比，通路13的均衡量幾乎只有一半。

在短短5分鐘快速測試后，TMT4就向這家制造商指明，互操作外推可能出現(xiàn)在重驅(qū)動器設計的后8條通路中，因為通路8-15中的DFE均衡更大，眼圖更小。

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