TMT4在PCIe BIOS参数调试过程中的应用

概述 

研发部门通常会通过BIOS设置来给出系统参数，尤其是均衡参数，以调节PCIe链路的整体性能。这是一个反复调试和验证的过程：尝试设置一组BIOS参数，验证系统性能是否有改善；如果没有改善，则继续尝试设置另一组BIOS参数…

修改BIOS很容易，但验证比较麻烦。工程师们没有一个很好的快速测量手段，来验证新BIOS对系统性能是否有改善，只能进行费时费力的一致性测试，来反复调试和验证。

一致性测试包括发送端（Tx）和接收端（Rx）测试，需要使用价格昂贵的示波器和误码仪进行测量，并且测量时间非常长，通常一个16通道 （X16 Lane）接插件（Slot）的一致性测试，需要2天的时间才能完成。由于BIOS参数调试需要尝试大量的组合，给测试部门的设备和工程师带来了非常大的工作量。

另外，尽管一致性测试能充分评估待测物的物理层性能，但仍然有可能发生这样的情况：一致性测试能够通过，但互操作时系统主板和板卡之间存在链路不通、掉速、掉包等问题。

泰克解决方案

基于PCIe接口生态厂家的这些痛点，Tektronix推出了TMT4 PCIe性能综合测试仪，协助客户解决上述问题。Tektronix TMT4 PCIe性能综合测试仪是一款高性能测试仪器，旨在为电子产品制造商提供PCI Express（PCIe）设备的综合测试解决方案。该仪器支持PCIe Gen3/4 Tx，Rx和LTSSM综合测试功能，能够帮助用户快速识别问题并加快产品上市速度。

TMT4的主要特点包括：

1）一机多用

支持PCIe 3/4 Tx，Rx和LTSSM综合测试功能。TMT4提供了全面的PCIe测试解决方案，支持TX和RX测试、LTSSM协议交互与监测等多种测试功能，能够有效识别PCIe Gen3/4的物理层和协议层问题。

2）一学就会

一台便携式仪器，一根连接线，一个测试夹具，即可完成与待测物的连接，一键开始PCIe测试，大大减少了工程师上手学习的时间。

3）测试飞快

16条Lane的快速扫描测试仅需1.5分钟！

使用自定义扫描，完成16条Lane及10个preset的全组合扫描测试，也仅仅只需要15分钟。

4）价格不贵

相比其他PCIe Gen3/4测试仪器，TMT4价格相对较低，大幅降低测试成本。

案例分享

某公司的子卡通过了一致性测试，但和系统主板协同工作时出现了互操作问题。

为了能深入地了解并解决这个问题，使用TMT4 PCIe4综合测试仪作为实时Link Partner快速扫描全部16条lane，一分钟快速给出眼图和Rx均衡参数。

我们发现，此时眼图结果不佳，且Rx均衡的系数非常大，尤其是权重最高的DFE1。这意味着要对Tx信号进行大量的补偿，才能建立信号链路，待测物的Tx链路信号质量非常糟糕。

图1 快速扫描眼图结果

图2 快速扫描眼高、眼宽、Rx均衡参数

客户认为增加自适应的Preset均衡不够强，提高Tx均衡的强度应该可以改善这一问题。

由于TMT4测试速度很快，客户切换到自定义扫描模式下，以确认所有Preset下的链路性能，重点关注P6/P7/P8这几个最强的Preset的测量结果。

十分钟后测量完毕，结果显示：

DUT Tx链路的眼图在各种Preset下整体都很差，即便是P7和P8，结果也没有变得更好，相较自适应的P9/P6还要略差一点。并且DFE1的系数也都非常高。

图4 自定义扫描下，所有Lane、所有Preset的眼图结果

图5 自定义扫描下，部分Lane和Preset的眼高、眼宽、Rx均衡参数

我们告知客户，对这个待测物而言，调节到更强的Preset并不能改善系统的性能，应综合考虑板级设计上的所有信号完整性的因素，如插入损耗、串扰、反射、噪声等。

客户仍想尝试把BIOS修改为最强的Preset7，强制待测物工作在Preset7下，看看效果。更改BIOS后，待测物和主板之间的互操作问题仍然存在。再次使用TMT4快速扫描，发现TMT4和待测物无法形成链路沟通，证明此时链路恶化了。

客户按照我们的建议，重新检查设计，并最终解决了问题。

总结

在大约35分钟的调试过程中，用户能够在实时链路中了解有关其PCIe设计运行状况的更多信息，并快速确定各种不同BIOS参数的性能边界。

通过一致性测试的PCIe设备仍可能存在互操作问题，并且一旦通过一致性测试，碰到这种问题通常很难解决。

TMT4快速扫描和自定义扫描功能，可以帮助工程师快速检测待测物的性能，确认待测物在不同BIOS设置下性能是否改善，还能为解决互操作问题提供调试思路。

审核编辑：汤梓红