PCIe 的分層協(xié)議帶來了不同的挑戰(zhàn)，因此也帶來了不同的解決方案。

PCI Express （PCIe） 驗證團(tuán)隊的主要關(guān)注點(diǎn)是與前幾代 PCIe 的互操作性和向后兼容性。這需要工具來驗證設(shè)計的參數(shù)和協(xié)議方面，以確保合規(guī)性并驗證設(shè)計性能。PCIe的分層特性推動了不同的測試挑戰(zhàn)和解決方案，具體取決于關(guān)注的領(lǐng)域。

PCIe技術(shù)是一種分層協(xié)議，如圖1所示：

圖 1：不同層的 PCIe 協(xié)議需要不同類型的測試。

協(xié)議級驗證挑戰(zhàn)

一旦用戶在物理層級別達(dá)到數(shù)據(jù)有效狀態(tài)，這需要驗證鏈路信令和LTSSM 操作，他們就會使用 協(xié)議分析儀和練習(xí)器在協(xié)議級別測試更高層。分析儀連接到處于活動狀態(tài)的兩個設(shè)備之間的鏈路，以觀察和評估每個級別的數(shù)據(jù)。鍛煉器作為終端設(shè)備連接，以模擬壓力條件并記錄DUT 如何響應(yīng)。PCIe 數(shù)據(jù)鏈路層的驗證通過規(guī)范測試來執(zhí)行，這些測試檢查正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)包 （DLLP）、確認(rèn)、否定確認(rèn)、重傳、和流量控制。驗證團(tuán)隊需要能夠從所有錯誤（包括間歇性故障）中恢復(fù)的強(qiáng)大系統(tǒng)。

協(xié)議驗證的主要挑戰(zhàn)是快速準(zhǔn)確地測試系統(tǒng)功能，以便產(chǎn)品能夠上市。必須以有效的方式檢測、分析和糾正協(xié)議錯誤。

調(diào)試 PCIe 協(xié)議意味著捕獲高速流量，包括電源管理轉(zhuǎn)換。協(xié)議調(diào)試工具需要快速鎖定流量，然后觸發(fā)獨(dú)特的協(xié)議序列。調(diào)試較低級別的問題，例如電源管理，需要非常快的鎖定時間。捕獲流量后，查看不同抽象級別的數(shù)據(jù)可以隔離問題。

PCIe 協(xié)議調(diào)試中出現(xiàn)的另一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是以非侵入 方式訪問信號。

連接到 PCIe 總線的探頭不得以影響總線值或操作的方式干擾或更改信號。探測信號的位置和方式取決于每個獨(dú)特的系統(tǒng)設(shè)計。中間總線探測器提供對流量的訪問，但不得影響信號質(zhì)量。插槽中介層需要在長跡線上被動地傳遞信號，而不是改變信號。驗證團(tuán)隊需要具有多種探測選項的靈活訪問權(quán)限。

隨著 PCIe 4.0 的到來，將速度提高到 16 GTps 將延續(xù) PCIe3.0 中 8 GTps 的一些相同趨勢，需要更高的信號質(zhì)量調(diào)諧和均衡能力才能實現(xiàn)驗證。NVMe 協(xié)議提出了許多新的測試挑戰(zhàn)。NVMe 為 PCIe 連接的設(shè)備創(chuàng)建了一個新的高性能可擴(kuò)展主機(jī)控制器接口，該接口映射來自主機(jī)的內(nèi)存，以便將數(shù)據(jù)移入和移出存儲設(shè)備，具有低延遲和端到端數(shù)據(jù)

保護(hù)。該接口利用多個隊列來管理和提供優(yōu)化的命令提交和完成路徑，并支持并行操作。

協(xié)議驗證測試設(shè)置

使用分析儀進(jìn)行驗證的最終目標(biāo)是測試鏈路和數(shù)據(jù)傳輸，以確保設(shè)備功能和互操作性。為了實現(xiàn)這一點(diǎn)，協(xié)議分析器需要提供對每個獨(dú)特協(xié)議層發(fā)生的情況的可見性。在進(jìn)行故障排除時，用戶必須將特定錯誤跟蹤到適當(dāng)?shù)膶右赃M(jìn)行更正。

為了驗證設(shè)備，協(xié)議練習(xí)者需要能夠在同一張卡中模擬根復(fù)合體或端點(diǎn)。 鍛煉者通過發(fā)送適當(dāng)?shù)?I/O 流量來刺激被測設(shè)備，充當(dāng)理想的鏈接伙伴。 然后，可以通過模擬各種條件和場景來驗證DUT 的錯誤恢復(fù)過程，而不會影響 其性能參數(shù)。

在這些功能和測試中，用戶必須通過一致的表示來解決信號訪問發(fā)生方式和位置的復(fù)雜性，以實現(xiàn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)恢復(fù)。探測解決方案需要具有高性能和多功能性，以適應(yīng)不同類型的系統(tǒng)設(shè)計。探測需要保持非侵入性，以便訪問不會影響信號質(zhì)量或協(xié)議操作。

以下每個功能都需要使用練習(xí)器和分析器進(jìn)行測試，以確保數(shù)據(jù)鏈路和事務(wù)層功能正常且合規(guī)：

均衡 （EQ） 是訓(xùn)練兩個終端以可靠地傳輸每個比特的過程。每個單獨(dú)的車道都必須經(jīng)過培訓(xùn)。在 by-4鏈接中，每個鏈接可以有不同的調(diào)整參數(shù)。訓(xùn)練是動態(tài)的，需要正確設(shè)置每個泳道的前光標(biāo)、光標(biāo)和后光標(biāo)值。信號質(zhì)量對于成功運(yùn)行至關(guān)重要。EQ 過程對于 PCIe 3.0 8 GTps 速度的成功鏈接至關(guān)重要， 對于 16 GTps 的 PCIe 4.0更為重要。

鏈路訓(xùn)練信令狀態(tài)機(jī) （LTSSM） 分析觀察和控制鏈路的不同可能狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換處理鏈接、恢復(fù)和電源管理。LTSSM 的目標(biāo)是達(dá)到稱為 L0 的狀態(tài)——鏈路處于活動狀態(tài)并且可以傳輸數(shù)據(jù)。LTSSM 中的其他狀態(tài)，例如配置、訓(xùn)練和錯誤恢復(fù)例程，提供鏈路控制和恢復(fù)以及電源管理功能。

數(shù)據(jù)包捕獲查看單個 PCIe 數(shù)據(jù)包以解碼響應(yīng)和設(shè)備配置和枚舉。從內(nèi)存讀取和寫入的過程是基于數(shù)據(jù)包中包含的地址來通過鏈路傳輸數(shù)據(jù)的。

性能分析和流量控制會影響響應(yīng)時間和整體吞吐量。流量控制用于防止緩沖區(qū)溢出，并且可以清楚地識別可能對數(shù)據(jù)吞吐量產(chǎn)生負(fù)面影響的信用不足問題。

在滿足所有測試以建立穩(wěn)定的通信通道后，下一步是驗證PCIe 總線上的應(yīng)用層（例如 NVMe）。對于 NVMe 協(xié)議測試，用戶將需要一個工具來觀察不同部分的交互方式。數(shù)據(jù)鏈路層、確認(rèn)、流控制、多個隊列和多個命令需要協(xié)調(diào)。在一次 NVMe 讀取中可能需要分析數(shù)千個數(shù)據(jù)包。一個好的工具將總結(jié)溝通并幫助深入了解解決任何運(yùn)營問題所需的細(xì)節(jié)。隨著 NVMe 規(guī)范的發(fā)展，協(xié)議分析器將繼續(xù)成為用戶驗證設(shè)計的寶貴工具。

仿真是 NVMe 測試的另一個重要方面。用戶需要能夠在操作中創(chuàng)建多個隊列和命令，以確保控制器可以管理不同類型的配置。這種模擬過程的配套工具稱為 NVMe 練習(xí)器。這些工具可以執(zhí)行識別常見實施錯誤的驗證測試序列。

驗證設(shè)備是否符合 PCI-SIG 標(biāo)準(zhǔn)的最終目標(biāo)是互操作性、可靠性、與先前 PCIe 標(biāo)準(zhǔn)的向后兼容性以及上市速度。協(xié)議級測試需要靈活設(shè)計的工具，不僅針對當(dāng)前這一代的挑戰(zhàn)，而且理想情況下具有內(nèi)置功能，可以預(yù)測這些層在未來版本的規(guī)范中的演變。無論是基于 PCIe 還是基于 NVMe，正確的綜合測試解決方案集將繼續(xù)幫助驗證團(tuán)隊使用工具克服驗證挑戰(zhàn)，并支持他們進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測試。

審核編輯：郭婷