3GIO的點點滴滴(15)完結篇3GIO的點點滴滴(15)完結篇 探索3GIO互容性測試之議題

2004-05-27
USB 2.0介面導入了Logo的認證制度。因此,對於互容性(Compliance)的測試規範與步驟,定義明確...
USB 2.0介面導入了Logo的認證制度。因此,對於互容性(Compliance)的測試規範與步驟,定義明確。3GIO也一樣制定有Logo的存在,對於互容性的要求,自然也不例外,甚至更為嚴苛,畢竟,高速通信所面臨到的課題需更多的知識來克服。  

互容性測試的精神所在,除了符合眼狀圖的要求之外,裝置之間的互連動作互通性不出差錯才更是使用者關心的重點所在。  

由於3GIO介面規範是隸屬於有階層式的結構,應用範疇跨及各類平台,為了需要兼顧到各個平台與多樣化介面卡之間的互聯動作,因此3GIO的互容性測試,涵蓋範圍顯得更為寬廣與複雜。比如說從上而下來描述的話,可以包含PCI Express裝置驅動程式、BIOS、晶片組、電路板、與系統平台的測試等項目,比起USB,可以說更上好幾層樓。  

首先,筆者將手上所蒐集到的3GIO相關圖片圖1~圖5提供給大家參考。  

3GIO的互容性測試範疇可以歸納底下幾個領域:  

‧電氣測試(Electrical Testing) : 泛指平台與介面卡的信號品質量測指標  

‧組態測試(Configuration Testing) : 理所當然是針對3GIO裝置的組態空間(Configuration Space)而測定的項目  

‧連結層協定之測試(Link Protocol Testing)  

‧資料交易層之測試(Transaction Protocol Testing)  

‧平台BIOS之測試  

由於3GIO技術規範尚是隸屬於新穎的技術應用,也許實驗室的測試已經達到一定的水平,但是,於使用者端累積的實務經驗真的不夠多,可想而知隨時隨地都有機會產生變化或更動測試規範。因應之道,建議讀者每隔一段時間,就到官方網站(www.pcisig.com)逛一逛,去搜尋一些更新的事件以及相關的技術訊息圖6。  

工欲善其事,必先利其器,從實驗室研發、驗證到QA,都必須面面俱到,是故,對於測試的精確敘述與工具,皆是要點之所在。而過去,大家所熟知的插拔測試還是老招式的重複使用,可能是規格的誕生到實際產品的問世,時間間隔極度匆促,因此導入大量的檢視表列清單圖7、圖8。檢視表列雖然不是最為聰明的方式,卻也是懶人也都可以做到的一件事情。其做法非常簡易,只要按照次序,逐項檢視實際的情況,然後在「Yes」或「No」上打勾即可,同時也方便產品設計品質的管控。最後的癥結則在於工程師的踏實與否或是矇混過去。  

為了兼顧整個平台,檢視表列清單針對「Root Complex件」、「Endpoint裝置」、「Switch元件」、介面卡與主機板,分門別類制定與其相關的檢視表列清單。當然,以目前的現實環境來窺探,主機板的檢視表列清單由於產品上市迫切的需要,其優先度自然較高,爾後才是介面卡,接著就是端點裝置的部分。以主機板為例,「MOTHERBOARD/BIOS COMPLIANCE CHECKLIST FOR THE PCI EXPRESS BASE 1.0A SPECIFICATION」所敘述的便是此檢視表列清單。  

其所涵蓋的內容,大綱如下:  

‧MOTHERBOARD ELECTRICAL CHECKLIST  

‧MOTHERBOARD/BIOS POWER MANAGEMENT CHECKLIST  

‧MOTHERBOARD/BIOS SYSTEM ARCHITECTURE CHECKLIST  

‧MOTHERBOARD/BIOS CONFIGURATION CHECKLIST  

‧MOTHERBOARD ELECTROMECHANICAL CHECKLIST  

‧MOTHERBOARD PCB DESIGN RECOMMENDATIONS  

有此可知,這部分的重心是在於BIOS與線路板配線的檢驗。  

然而,若是打開2003/8/18所宣布的這一份「PCI Expres Architecture Endpoint Compliance Checklist for the PCI Express Base 1.0a Specification Revision 1.0」規範為範例,不僅讓做端點裝置的製造商在設計產品之際,有一份檢視清單當作依靠的法規來逐步查證設計上有沒有不符合或遺漏之處,對於3GIO各個階層的傳輸協定,也有明確地道出檢視要點之所在。  

所以,無妨下一點功夫,來觀看該份文件所描繪的章節範圍有哪些?  

依據規範的敘述,大致上包含有下列各個議題:  

‧Endpoint Topology Checklist  

‧Endpoint Transaction Protocol Checklist  

‧Endpoint Link Protocol Checklist  

‧Endpoint Link-Physical Layer Interface Checklist  

‧Endpoint Electrical Checklist  

‧Endpoint Power Management Checklist  

‧Endpoint System Architecture Checklist  

‧Endpoint Configuration Checklist  

‧Endpoint Isochronous Applications Checklist  

‧Endpoint Electromechanical Checklist  

為了進一步理解是怎樣的描述方式,且針對各個議題範疇,分別摘列幾個範例作為參考之用。請留意,摘要敘述是為了寫文章與閱讀上的便利之用,細節肯定沒有如此簡單,所以請務必遵守工程界依法不依人的守則,實做之際或遇到問題的時候,看規格就錯不了。  

先就連接型態的檢視清單來說起。因為會有昔日傳統裝置與3GIO裝置之分,檢視方式當然會分開各自表述(表1~表4)。如果延伸到資料交易層傳輸協定(Transaction Protocol),自然會與3GIO基礎規格中對於資料交易層的遊戲規則一一相呼應。  

再往下一層探索,自然是資料連結層的領域,列舉一例如表5。  

接下來,表6該是資料連結層與實體層之間的邏輯區域空間。到了實體層的底部,當然是真槍實彈之電氣特性的部分。  

以上是3GIO規格中,各個階層協定的檢視表列。  

電源管理是3GIO規格裡頭的重頭戲之一,其重要性不言可喻(表7)。在系統架構的部分(表8),諸如中斷、錯誤紀錄、錯誤清單、錯誤報告、熱插拔機能、重置法則等。然後,才會進入軟體的地盤,率先面臨的就是組態(Configuration)的檢視表列(表9、表10)。  

如果讀者端點裝置會運用到等時傳輸(表11)的機能時,攸關此部分應用的檢視表列,也是萬萬不能錯過的。  

最後一個章節,就是電子機構(Electromechanical Checklist)(表12)的考量點。  

由此可知,PCI-SIG組織為了3GIO平台與裝置在互容性、互通性上的問題,做了很多努力,期望工程人員在設計階段就做好逐項檢驗的防護措施,力求爾後產品出籠時,不至於在市面上讓使用者遭遇到太多的困擾。  

歷史上有太多的經驗告訴我們,每個工程人員對於規格有不同的解讀而造成不同廠牌產品之間,有互通性的疑難,而插拔大會的存在,未嘗不是克服該問題所仰賴的策略之一。但是,若是在插拔大會的場合,以上述這種方式來進行,費時且工程浩大,根本派不用用場,必須要規劃一系列的互容性工具(Compliance Tools)來輔助,才能夠達成事半功倍之效,而該互容性工具所要克服的對象,離不開底下幾個課題:  

‧電氣特性(Electricals)  

‧組態空間(Configuration Space)  

‧協定(protocol),資料交易層與資料連結層兩個區域  

‧平台BIOS  

為了一統天下讓角逐中原群英有所共通遵循的法則,3GIO的互容性就得規劃出清楚無疑的測試規格、簡單明確的測試步驟,無可避免地,軟硬體工具、治具甚至儀器的準備與規範,是必要的熱身準備動作。  

就電氣特性的測試面來論述的話,其實就是攸關信號品質(Signal Quality)的分析驗證。其需要軟硬體雙方的細密合作才得以完成。大家熟知的「眼狀圖」、「信號抖動」與「位元速率」就是基本的量測要素。  

就主機板的觀點來說,需要一塊CLB(Compli-ance Load Board)的介面卡當作負載端的用途,利於工程人員使用示波器來做信號的測量。CBL卡上提供X1, X4, X8, X16的測試組態環境,得以測量Root Complex的電氣信號品質優劣狀況。  

反過來說,外接介面卡的測量就需一塊類主機板CBB(Compliance Base Board)來當作基準的用途,方便示波器抓取波形,呈現眼狀圖讓工程人員來分析。  

如果仔細看這些量測的治具,不難發現皆提供有SMA的連接頭,方便儀器的探測接續。同時,在線路板上也備有終端阻抗的存在。至於組態空間的測試,重點是暫存器與機能(Capability)上的數值設定檢驗。而測試的一大重心所在,乃在於傳輸協定的測試。它必須將待測裝置的三層處理,徹底檢驗一次。當然,如此的測試環境就略顯大費周章,需要一塊協定測試專用的配接卡,一來可以連接上待測裝置,二來,可以透過USB連接埠接到個人電腦端,作為測試控制的指揮權,用來控制與追蹤資料交易的詳細狀況。  

這塊協定測試專用的配接卡就稱之為「Protocol Test Card」,簡稱為PTC。PTC卡可以測試X1~X16的各式各樣的附加介面卡(Add-in card),然而接到基準機版僅使用X1的匯流排。畢竟,測量的標地是在「協定」,X1的頻寬已經足夠應付。  

在資料連結層方面,訴求的要點從基本的連結初始化、DLLP封包與TLP封包的格式到涉及可靠度的諸項參數,比如CRC的計算檢驗、資料重送的機制、傳輸協定到錯誤的紀錄與報告等。而資料交易層的核心自然是資料通信雙端的互通與緩衝空間的流程控制。由於3GIO有定義訊息(message)的使用方式以及虛擬通道的運用,有關這方面的檢視自然是必要的事情。  

同時,前面所提及PTC協定測試專用的配接卡也是用來驗證平台BIOS有無做好設定。也許讀者會覺得這般測試太過簡易,非模擬實際上連接的型態。其實, PTC協定測試配接卡本身就可以扮演開關裝置的角色,讓待測裝置模擬成連接型態的接續方式。總之,攸關3GIO互容性測試不僅要有邏輯條理分明的測試規範、測量步驟與必要的治具。  

(本連載至此告一段落,爾後只要有新的技術訊息與相關規範,都隨時會做整理,並於此園地公開,謝謝。)  

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