RIGOL PCIE一致性测试方案

引言

PCIExpress（PeripherlComponentInterconnectExpress）,简称PCIe，是一种用于连接外部设备和主板的高速串行总线标准。它是PCI技术的一种后继标准，旨在提供更高的带宽和更好的性能。

PCIe通过使用高速串行连接代替了传统的并行连接，这样可以提供更高的数据传输速率，它在计算机系统中用于连接各种外部设备，如显卡、存储设备、网卡、扩展卡等，并且也被广泛用于服务器和工作站等高性能计算领域。

PCIe标准定义了各种不同的规格，如PCIe1.0、PCIe2.0、PCIe3.0、PCIe4.0等，每个版本都提供了不同的数据传输速率和带宽。PCIe1.0的初始速度为2.5GT/s（每秒25亿次传输）而PCIe4.0的速度已经提高到了16GT/s。这使得PCIe可以满足不断增长的数据要求，提供更高的性能和更大的扩展性。

PCIe还提供了多种不同的连接规格，包括x1、x4、x8、x16等，这些规格决定了PCIe插槽的物理大小及支持的带宽。较高的规格意味着更大的带宽和更高的性能，适用于更多的高性能设备。

PCIe作为一种高速、灵活、可扩展的总线标准，已成为现代计算机系统中外设设备的主要接口之一，为计算机和数据中心提供了高性能和高效率的数据传输。

图1.1PCIE接口

一致性测试及其挑战 业界广泛接受的用同一把尺子来衡量产品的信号质量是否符合标准的测试的统称，其依据就是各个标准和协会组织定义的一致性测试规范CTS(ComplianceTestSpecification)。

通过对产品进行一致性测试，除了了解产品是否符合标准测试规范外，还可以量化信号的各指标距离CTS的裕量。如果裕量充分，则意味着可以对产品进行降成本设计，反之则需要重新设计。

对于系统厂家，在快速变化的市场和残酷激烈的竞争面前，降低产品成本是生存的法宝。对于上游芯片厂家而言，基于其芯片的系统经过一致性测试如果可以显示出有非常高的裕量，则可以表明其产品的性能，为其下游客户的产品设计和开发提供了充分的信心和裕量以供进行降成本设计。

因此一致性测试对于整个行业而言其重要性不言而明。 PCIe1.0的测试主要分为物理层的信号测试和传输层/数据链路层的协议测试，由于PCIe的信号速率比较高，如果设计中稍不注意就可能造成信号的恶化从而造成通信的错误，为了保证主板、插卡能够互相兼容，PCIe协会制定了严格的一致性测试标准，对于一致性测试的测试难点主要是以下几个方面：

• 性能：PCIE设备需要满足一定的性能要求，包括带宽、采样等，同时需要保证重复性测试的稳定性。

• 时序要求：PCIE标准对于时序的要求非常严格，包括时钟抖动、时钟偏移等。

• PCIe一致性测试需要大量的测试用例和数据，使用连续UI数量去做相应分析都有严格要求，采用手动操作示波器采集数据的方式会浪费较多时间且无法保证采集的数据符合要求。

解决方案RIGOL针对PCIE2.0/1.0一致性测试标准，开发了包含主机、夹具、测试软件及电缆在内的一整套完整测试方案。整个测试中，按照标准要求，需要对总线数据和参考时钟进行测试，所以需使用示波器四个通道同时进行测试，PCIE1.0数据速率为2.5bps，示波器带宽需要至少6GHz。

而PCIE2.0的速率达到了5Gbps需要至少13GHz带宽示波器，方案中采用了DS80000系列数字示波器，是RIGOL自主研发的第八代数字示波器，基于StationMAXII代平台，其中的DS81304主机，四通道同时打开的情况下达到40GSa/s采样，13G全带宽，实现**4Gpts的存储深度，让DS80000拥有高保真的信号采集能力，并可以在高采样率下采集更长时间的波形。

图3.1RIGOLDS80000系列高带宽数字示波器

本方案采用的是协会推荐使用的标准夹具，夹具端采用了SMP接口的方式引出信号至示波 器，所以与示波器的连接可以采用高频电缆的方式，这种测试电缆经过严格测试及相位匹配来保证差分信号传输的延时精度。

通过SMA及SMP接口线缆把PCIE选择要测试的一条lane的数据Dp、Dn及参考时钟Cp、Cn接入示波器，测试软件提供连接示意图，可以按照示意图连接。

图3.2PCIE夹具

图3.3PCIE测试连接示意图

PCIE1.0测试中,上电后自动进入测试模式，速率即为1.0的2.5Gbps，而在测试PCIe2.0及以上版本的物理层一致性测试过程中，需要进行码型切换，让PCIe的数据速率从1.0的2.5G 切换至2.0的5G-3.5dB和5G-6dB,此过程需要通过SMP-SMP电缆把时钟引入Rx，以手动切换码型进行测试,图示为PCIE2.0测试过程中的码型切换及数据信号连接

图3.4Dp、Dn信号、时钟及码型切换连接实物图

为了解决测试中，测试数据的分析计算和测试标准的加载问题，RIGOL开发出符合PCIE的一致性测试要求：PCI-Sigtest算法的上位机软件RIGOLCTS，软件提供包含PCIE2.0、1.0及RefClock在内的测试项目，支持在上位机软件上修正数据及时钟的延时，进一步保证时序测试精度。

图3.5RIGOL上位机界面

图3.6时钟延时修改界面

一致性测试报告由RIGOLCTS连接起来的软硬件测试系统可以控制示波器按照要求采集数据并自动执行测试，无需花费大量时间手动保存数据及验证数据是否符合规范，极大提升工程师测试效率。执行完测试后可以自动生成并导出测试报告。

图4.1一致性分析测试报告-基础信息

图4.2一致性分析测试报告-测试项目

图4.3一致性分析测试报告-测量值

图4.4一致性分析测试报告-眼图

测试报告共由四部分组成，各部分的信息如下：

总结

RIGOL基于DS80000系列高带宽示波器及PC端自动测试软件的PCIE一致性测试方案，可以高效率对PCIe2.0及1.0进行物理层一致性测试，欢迎工程师们咨询试用。我们将根据用户的反馈持续提升软硬件性能和用户体验，帮助用户提升研发和生产测试效率。

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