如何使用CrossSync PHY 軟件來調試異常鏈路行為

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。

這些影響包括充當低通濾波器的鏈路，它會衰減數據流中的關鍵高頻分量，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均衡可應用于發(fā)送端 （TxEQ）、接收端 （RxEQ） 或兩端都應用， TxEQ 涉及去加重和預沖，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，它以提高的預沖電平 （Vc） 傳輸。此外，轉換之間的單個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練序列，有時會產生意想不到的結果。

使用 PCIE CrossSync PHY關聯協議層和物理層數據的能力可以幫助定位鏈路訓練后可能出現的邏輯和電氣問題。

PCIE鏈路訓練過程

發(fā)送端均衡（去加重、預沖和增強），是由 PCIe 系統(tǒng)的 TxEQ內的三抽頭有限脈沖響應 （FIR） 濾波器實現。鏈路訓練的目標是確定給定通信鏈路的最佳 FIR 濾波器系數，也稱為游標系數。鏈路訓練在下行端口和上行端口之間交換有序數據集，包括TS1訓練序列和TS2訓練序列 。

PCIe 鏈路訓練是如何運行的？

以PCIE4.0為例，PCIe 4.0 鏈路訓練從速度變化協商開始，有4個階段，階段 0 到階段 3。在階段 0，下行端口以 8GT/s 數據速率向上行端口發(fā)送 TS2 有序集，通告 16GT/s 的最大數據速率。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 數據包符號（四個交替的 00 00 FF FF 序列）產生規(guī)則且具有相對較少的轉換的電信號，這對于在調試期間觀察信號的物理層屬性非常有用。

Presets和P10的作用

隨后的階段涉及數據交換以優(yōu)化電氣性能。PCIe 標準規(guī)定了 11 種去加重、預沖和增強游標系數的預定義組合，稱為Preset，并標記為 P0 到 P10。

在鏈路訓練期間，PCIe 設備會請求Preset或游標系數——后者提供更精細的設置選項，而Preset提供快捷便利。Preset是根據電壓比，以及前沖和去加重系數（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或游標系數，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或游標系數以補償鏈路。均衡訓練完成后，下行端口和上行端口交換TS2有序集。

鏈路訓練和狀態(tài)機 （LTSSM） 會經過 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，以幫助調試均衡后的鏈路訓練行為。

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據關聯起來，以提供完整的鏈路可見性，讓您可以查看與協議分析儀的協議層數據在時間上相關聯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)測被測器件并向協議分析儀和示波器提供數據。

如何設置觸發(fā)

要確定鏈路均衡過程的有效性，需要在第 3 階段結束時檢查鏈路行為。

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

如何檢查確認報告的Preset

CrossSync PHY 上顯示的協議數據顯示了數據包詳細信息，例如數據包編號、有序集、數據速率和均衡控制，其中也包括Preset值。CrossSync PHY 還顯示了與協議數據在時間上相關的的示波器波形，顯示了發(fā)射機均衡的電氣效應。

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

確定是邏輯問題還是電氣問題？

仔細查看階段 3 結束時報告的 TxEQ 協議層數據，顯示通道 0 和 2 報告已訓練到 TxEQ P6，而通道 1 和 3 報告已訓練到 TxEQ P10。這個結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)。

一個設備訓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，許多設備在 16 GT/s 的信號質量合規(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備電氣測試，如果鏈路另一端的設備請求 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 是否真的被訓練到 P10，或者它是否錯誤地報告它被訓練到 P10。換句話說，這個意料之外的結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，可以在協議數據中，在第 3 階段結束附近選擇一個 EIEOS 數據包，以放大相應的示波器波形。EIEOS 數據包具有相對較少的轉換，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，報告說它被訓練到 P10 的通道比報告說它被訓練到 P6 的通道在轉換后對信號的去加重程度要高得多。進一步的驗證證明，P10 通道比訓練到 P6 的通道眼張開度小的多。此處的解決方案是檢查導致設備訓練到 P10 的邏輯問題的固件。

總結

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

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