如何快速洞察PCIe發送端鏈路健康狀況?
作者 : 泰克科技
本文介紹實際案例，演示泰克全新的TMT4 PCIe性能綜合測試儀發送端測試方法，如何為PCIe板卡和系統設計提供可操作的測試見解。
傳統上，發送端(Tx)測試一直要求使用示波器，來測量被測元件(DUT)發送信號的眼高和眼寬，以評估信號品質。作為驗證一致性測試系統一貫指定的工具，示波器被大量用於開發工作中，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。儘管示波器對開發和調試非常關鍵，但為了更快洞察發送端鏈路健康狀況，業界正越來越多地需要其他設備，來縮短示波器的測試時間。
BIOS設置和交互操作能力
泰克與客戶密切合作，發現在多種案例中，TMT4 PCIe性能綜合測試都可以傳統測試系統和一致性測試進行補充。在第一個案例中，某主機板製造商試圖改變被傳統一致性測試測量的BIOS設置，以優化信號品質。
儘管如此，該主機板製造商在更新的BIOS設置裡開始出現交互操作問題，而以前在默認設置裡是沒有的。由於這兩種一致性測試結果之間差異已經最小化，該製造商不確定是什麼導致了問題，也不確定為什麼使用自己的測試系統時這兩種配置都通過了測試。
泰克公司與該製造商合作，看看TMT4 PCIe性能綜合測試是否能夠得到任何有用的資訊，而這些資訊是其測試系統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，它發起自然鏈路協商，用了5分鐘的測試時間，來查看能找到什麼資訊。下面幾個圖是眼圖(Eye Diagram)、鏈路訓練參數以及格式化表格使用的可能的DFE抽頭值的範圍。
圖1：默認BIOS設置的快速掃描圖。
表1：鏈路訓練參數和DFE階範圍。
前4條通路的資料提取自鏈路訓練參數表，以便與上面的BIOS設置結果子集進行對比，DFE抽頭值則根據每個DFE抽頭的上下限有地條件格式化在Excel試算表中。顯而易見的是，PCIe性能綜合測試並沒有訓練到根據缺省BIOS設置而變化的哪些Preset上。這表明TMT4和DUT之間協商到的Preset並不在與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很可能會引發交互操作能力問題。
由於DUT並不會自然地訓練到BIOS表中指明的通路和Preset設置，因此我們使用TMT4運行自訂掃描，查看DUT中的所有通路-Preset組合。在大約30分鐘後，TMT4收集到了下面的眼圖和鏈路訓練參數表。
圖2：默認BIOS的自定義掃描圖。
表2：默認BIOS設置自定義掃描圖的鏈路訓練參數。
與之前的快速掃描結果一樣，我們縮減了鏈路訓練參數表，僅僅比較我們評估的BIOS設置子集。同樣，很容易就看出DFE被用於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(eye height)和眼寬(eye width)的差異，如下表3所示。
表3：眼高和眼寬測量數據對比─一致性測試和TMT4。
我們再次使用Excel試算表中的有條件格式化，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，對於眼高和眼寬來說，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，由於嚴重依賴均衡來張開眼圖，無論是在快速掃描結果和自訂掃描結果中，這個DUT發生交互操作問題的機率都很高。
接下來，我們使用TMT4評估更新後的BIOS設置，看能得到什麼。與前面一樣，該製造商發現在更新設置後，TMT4與DUT不能形成鏈路，因此不能掃描結果，如下圖3所示。
圖3：TMT4 Web UI截圖─使用更新後的BIOS設置沒有形成鏈路。
雖然根據該製造商在更新BIOS設置後已經看到的交互操作問題，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，這個結果並不讓人吃驚。它表明，更新BIOS設置使得鏈路嚴重到足以導致了交互操作問題，特別是DUT試圖與沒有良好的接收端裕度的對端進行交互操作時。
在短短30分鐘測試中，通過對匯出的結果進行基本的Excel格式化，TMT4能夠為這家製造商提供關於張開發送信號眼圖所需的均衡水準，以及複現其遇到的交互操作問題等額外的資訊。這個簡單案例說明了TMT4可以很好地對傳統一致性測試進行補充，特別是在一致性測試通過，但在設計中仍遇到交互操作能力問題時。
重驅動器增益設計和交互操作能力
另一家主機板製造商試圖解決重驅動器增益設置中遇到的問題。他們採用晶片廠商提供的參考設計，在使用泰克TekExpress軟體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對重驅動器設置通路0、8、15的眼圖截圖。
儘管結果通過了測試，但這家製造商仍然遇到了交互操作問題，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幫助他們調試這個問題。TMT4經歷了在Gen4速度下DUT遇到的交互操作問題，如下圖5所示。
圖5：TMT4 Web UI截圖─重驅動器設置在Gen 4速度下沒有形成鏈路。
在Gen 4速度下未能形成鏈路後，TMT4被調整以在 Gen 3速度下測試DUT。在調節到Gen 3速度後，TMT4能夠與DUT形成鏈路。通過在Excel試算表中進行一些基本分析，這家製造商能夠輕鬆地視覺化問題發生在哪裡。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 Gen3速度下重驅動器設置的鏈路訓練參數表和快速掃描眼圖。
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。這就快速地向製造商表明，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，但這明顯小於所有其他通路，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分鐘快速測試後，TMT4就向這家製造商指明，交互操作外推可能出現在重驅動器設計的後8條通路中，因為通路8-15中的DFE均衡更大，眼圖更小。
原文刊登於EDN China網站
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