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力科PCIE飛線測試套件使用技巧
最近更新時間:2014-3-14
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目前常用的力科PCIE飛線測試套件分GEN2和GEN3 2種規格,GEN2的型號可以進行2.5G/5G速率測試,GEN3型號用于2.5GT/s,5GT/s及8GT/s速率測試。本篇從使用角度出發,介紹了力科PCIE飛線測試套件使用中一般性的問題及注意事項,以及相關飛線測試特殊性帶來的一些挑戰及解決方法,重點是協助用戶來抓取合格的數據,供PCIE總線開發及測試工程師參考。
力科PCIE分析儀使用的一般注意事項及常見問題
建議工程師在使用分析儀的之前,花點時間看一下分析儀軟件(簡稱軟件)自帶的規格書,使用手冊及應用指南:
C:\Program Files (x86)\CATC\PETracer\DataSheet – 規格書目錄
C:\Program Files (x86)\CATC\PETracer\Documents – 手冊目錄
C:\Program Files (x86)\CATC\PETracer\AppNotes – 使用指南目錄
相關內容方便大家快速掌握基本操作及注意事項
a 錄制設置技巧
開始錄制的時候如果我們不知道當前總線寬度,速度和極性,可以這樣做:
圖1 PETracer 中的錄制設置
將 圖1中1/2/3的位置設為自動檢測時,硬件連接正常時運行協議分析軟件,我們能看到如下圖結果:
圖2 PETracer 中的狀態顯示
可以看到連接的寬度,速度及連接的質量(綠色圓點表示連接正常,黃色及紅色的圓點表名連接有問題),以及連接的極性(以圓圈內的加號+ 及減號 – 表示信號的正負極性)。依據此,我們就可以將圖一中原來設為自動的位置設為固定的參數。這樣做的原因是,盡管這些自動設置給使用帶來方便,當我們不知道總線的速度,寬度及lane極性的時候,我們可以方便地利用AUTO選項來抓到碼流。但這是有代價的,AUTO的設置意味分析儀必須花更多的時間,更多的資源來檢查這些可能會變化的參數,帶來的問題是在檢測速度變化,寬度變化等改變的時候,需要花更多的時間來鎖定信號,這對于檢查變化中發生的問題的狀況是不利的。建議,盡可能使用靜態的參數設置,如必須分析改變過程的問題時,則再改變對應的設置為自動狀態。
但是當連接不好時怎么辦?可以從軟件的狀態欄及實際分析儀顯示面板的狀態LED的顏色可以看出來,相應于表示連接正常的綠色,連接不良時,軟件及分析儀顯示狀態以黃色及紅色表示。連接不良時,是無法抓取正常的數據的,因此要檢查分析儀,連接電纜,連接器及測試平臺,確認上述部分均工作正常。
強調一點,當抓取上電或掉電過程,連接速度或寬度變化協議過程時,瞬態錯誤是允許的,協議分析儀需要時間去鎖定信號,過程中必然會出現錯誤數據。相應地,圖一中對應的自動檢測參數就必須也設定為自動狀態。
b ASPM電源管理
規格定義PCIE的連接可以在L0,L0s及L1直接切換,這是由硬件控制的,取決于當前系統PCIE總線的忙閑狀態,跟設計有關。我們都知道,PCIE總線只有在全功率狀態(L0,POLLING和RECOVERY等)才能獲取正常的碼流,其他低功耗狀態L0s,L1,L2, L3等狀態總線連接是關掉的。因此我們需要在待測系統中關掉ASPM,讓連接一直保持正常,這也是分析儀正常工作的條件之一,當然如果必須要在ASPM狀態調試除外。ASPM功能可以通過寫配置空間的控制寄存器對應的位來實現。當從L0s狀態回L0時,力科的分析儀zui少需要16-20個FTS(具體跟連接的速度及寬度有關)才能鎖定信號。
c 內部時鐘,外部時鐘及SSC時鐘(Spread Spectrum Clocking)
分析儀面板上有外部時鐘輸入插頭,同時軟件中也有對應的外部及內部時鐘選項。這代表什么意思呢?通常情況下,PCIE默認使用固定時鐘頻率,也就是不使用擴頻技術SSC時鐘,這時使用外部或者分析儀內部時鐘應該說沒有很大的差別,原因是時鐘頻率是固定的,分析儀前端PLL可以相對容易地從碼流中恢復時鐘并與本地時鐘鎖定,當然用外部時鐘鎖定會更好些, 尤其在定位ASPM相關問題的時候。
另外一種情況是SSC擴頻時鐘打開時,這時從碼流中恢復時鐘與鎖定,會比較困難。是接外部時鐘輸入,以便快速鎖定信號。這點在PETracer軟件6.53及以后版本有改變,軟件已經做到SSC擴頻時鐘時可以鎖定信號,但具體情況跟信號品質有關。如果SSC擴頻時鐘打開時分析儀無法以內部時鐘正常抓取數據,這時依然要考慮以外部時鐘來恢復數據。
d 分析儀面板顯示連接正常,但抓不到包
這種情況下通常的問題,都是因為分析儀的lane的序號(多lane配置,非x1的情況),極性或者lane的寬度設定跟實際不符合,因此無法解析正確的數據或者顯示解析錯誤。正確的做法是改變lane序號,極性或者lane寬度,然后再嘗試抓一段碼流看看出錯情況。如果,能正常工作了,那顯然對應的某項設定原來是錯誤的。
一般這種情況下,針對多lane的配置,抓的包中一般會看到只有Ordered Sets被解碼處理,其他的部分會出現很多的IDLE 符號錯誤或者其他很多類型的錯誤,并且數量非常多。這是必須考慮到Lane的排序錯誤或者寬度不符合的情況。這是因為,協議規定Ordered Set在每個lane上都有同時發送,但DLLP和TLP包會按字節順序,分散在每個lane上。因此lane順序不對或者寬度不對,可以想象出分析儀是無法恢復正常的DLLP或者TLP包。
另外要考慮是否圖一中錄制選項中1 設定錯誤,把速度設為自動,再嘗試一下,分析抓取數據的正確速度。
e 充分利用軟件提供的Traffic Summary Report, 如下圖示:
圖2 PETracer 中的Traffic Summary Report
軟件的各項功能都對使用者提供幫助,這兒Traffic Summary Report 可以幫助我們定性地了解分析儀抓包的出錯情況,從窗口欄我們可以看到,上行(Upstream)和下行(Downstream)的錯包統計;從錯包的方向及相對錯誤的多少,我們能知道當時2個方向連接的健康狀況,當我們調整或者更換電纜,改變探頭參數的以后,能從前后錯誤報告的內容變化,大概知道更改的效果是變好或者變差了,從而知曉需要調整的方式。當然,當連接過程為嘗試連接(TRAINING)狀態時,這是發生的數據包錯誤時正常現象,這點必須加以區別。
簡而言之,了解協議和分析儀操作,就能很快的利用之來解決實際問題。下面介紹一些相關飛線測試的注意點。
針對飛線測試注意事項及常見問題
嵌入式的系統中PCIE總線電路就沒有我們熟悉的不同寬度的PCIE插槽,系統通過匹配電阻,隔直電容及傳輸線,用差分信號對直接把PCIE設備兩兩連接在一起。考慮到FR4的PCB基板介質,100歐姆的差分傳輸線特征阻抗,設計的走線寬度一般都在5-8mil之間,差分線相互間距也小于10mil,這對焊接的實際操作帶來困難。更加頭疼的一點是,一般設計中都不會預留PCIE信號輸出點或者測試點。可以想象,在這樣的系統中要接出PCIE的信號進行調試,可不是一件簡單的事情。
a 探頭焊接位置及探頭匹配電阻
探頭位置及探頭匹配電阻的選取,要盡量減少對原來系統的影響,同時又能保證分析儀能夠獲得足夠的能量,能正常解碼。
正常PCIE總線上可選的探頭接出位置有如下的3個點:
圖3 PCIE總線差分信號傳輸
可以推斷出A,B,C 這3點中A的信號強度,B其次,Czui弱,這是由于經過傳輸后,信號會衰減的緣故。因此,推薦將探頭位置設定在A點,這時信號。一般而言 A點的位置實際在板子上為印刷線路,焊接操作難度很大,一般推薦直接焊接在隔離直流的電容靠近A點的焊盤側。
探頭匹配阻抗的選取要保證上面說的,我們一般希望能從PCIE的連接上取得10%左右的能量,這樣可以保證影響較小,因此推薦的匹配阻抗在330歐姆到470歐姆之間,特別對于GEN3的速度,探頭電阻默認設定是470歐姆。具體使用電阻參數規格,需要與力科協議分析部門的銷售及支持人員溝通。
b 確定使用內部時鐘還是外部時鐘
什么時候需要考慮這個問題?當抓的數據有很多錯誤,但又不屬于我們剛剛在*部分d節中討論的那些,那么下一個動作,可以嘗試改變一下分析儀CLOCK源的設置,看看有沒有改善或者解決。如下圖4
圖4 改變參考時鐘輸入源
c Lane順序對調功能(SWIZZLING CONFIG)
采用飛線測試時候,還會碰到一種情況,焊接的時候有可能把Lane的連接順序或者極性焊錯了,就沒有辦法按默認設置去抓取數據了,這時在圖2的狀態欄及下圖的儀表盤(DASHBOARD, 按圖2的藍色圖標)都可以看出來極性不對,但Lane的順序就只能在儀表盤中顯示了。極性反了,可以通過反轉某位極性的設置來糾正,但Lane的順序反了要如何處理?因為在連接點細小,線數比較多,比較難進行手工焊接的情況下,重新焊接顯然不是的方案,參考下圖5的4,對應物理Lane的順序及邏輯Lane的順序
圖5 儀表盤(DASHBOARD)窗口顯示的狀態參數
能看到目前是一一對應的,但對于錯誤的連接順序,能看到對應物理及邏輯的Lane順序,或者某些位或者所有的位有不對應的地方,這是我們就要用到圖1中的4 Lane順序對調功能(SWIZZLING CONFIG),如下圖5:
圖5 Lane順序對調功能(SWIZZLING CONFIG)
設置正確的邏輯Lane順序,使之符合實際的Lane連接。另外一個需要用到Lane 順序對調功能的地方,就是當我們在做飛線測試的時候,懷疑某個Lane的連接有問題或者壞了,這是我們可以將Lane接到其他的認為是好的物理Lane的端口上面,然后在圖5的Lane順序對調功能(SWIZZLING CONFIG)對話框中去設定正確的對應關系,從而確認Lane端口好壞。
關于儀表盤部分有一點需要注意:儀表盤顯示的狀態不是每次馬上實時更新的,有時候我們會發現當前的現實狀態與實際分析儀面板顯示不一致,等緩存的內容上傳到主機的時候,它的狀態就會被刷新。
d 探頭的焊接技巧。
PCIE如此高的速度,尤其是8G速度時,離散參數對測試的結果影響越來越大。鑒于焊接點的挑戰性,建議:
- 由經驗豐富的焊接人員進行焊接
- 焊接加熱時間不能太長,應該控制在30s以內。保持焊接點圓滑,減少離散參數
- 必須進行固定,防止探頭拉扯,損傷線路板上的走線
尋求力科
如經過以上努力還是無法解決問題時,這時可以尋求力科本地銷售或者的幫助,或者寫給psgsupport@edynelecroy.com,用英語寫了,這樣可以讓更多的非中文母語人員能看到問題,并給出他們自己的建議。
為了更加有效的溝通,建議在提問前準備好一下信息以備查詢:
a. 一段含有問題的trace 文件,包含SKIP Ordered Sets。
b. 主機操作系統的描述
c. 待測系統的描述,PCIE的速度及寬度,RC或者Switch,及EP的類型
d. 分析儀的型號及序列號(可以從trace文件里面看到),飛線測試套件的型號及序列號
有了這些后,人員基本了解系統的狀況,可以提供更有效幫助。