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PCIe:緩和一致性與互通作業性挑戰

上網時間: 2008年02月25日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:PCIe  介面  串列互連 

早自五年前PCI Express(PCIe)的初始階段,PCIe就已成了實質上跨越所有細分市場並佔主導地位的互連協議。今天,所有主要晶片組廠商正將PCIe技術植入到他們的晶片組中。PCIe技術已廣泛應用在伺服器、工作站、儲存系統、路由器、交換機和一系列測量應用中。但PCIe的迅速普及,也導致了多種不同PCIe規格的實現方式。

儘管理論上來說,每一種實現方式應遵從PCIe規格且應具有與所有其他實現方式互通作業的能力。但實際的情況卻是,有一些既不一致又不具備互通作業性的設備進入市場。因為當時有人認為,儘管非一致的或不具互通作業性的元件投片後維修成本很高,但仍低於將產品投放市場後所獲得的收益。今天,確保元件投片前的一致性和互通作業性驗證,已成為任何PCIe開發過程中最為重要的挑戰。

在意識到元件投片後維修的巨大成本後,EDA產業發佈了許多能夠解決這個挑戰的方案。這些方案從高階驗證、聲明語言和方法論延伸到功能覆蓋工具和特定協議一致性測試的工具套件。即使EDA業界已提供許多解決方案,但為確保投片前元件的一致性和互通作業性,應選擇最佳的解決方案,也必須確實瞭解導致元件不一致或互通作業性的問題。

一致性驗證挑戰

對大多數的產品開發團隊來說,驗證過程始於驗證計劃的創立。協議規格是針對任何驗證計劃的主要輸入項目之一。PCIe基礎規格是一個足以讓最富經驗的產品開發團隊混淆的複雜規範。這種複雜性不僅是由於其龐大的文件數量,而且是由於為了完全瞭解規格,開發團隊必須釐清所有基本規格。執行該過程是相當困難的,且目前包括PCIe基礎規格在內的許多規格仍在不斷改進中。保持PCIe基礎規格的更新需要花費大量的、在驗證過程的關鍵階段通常無法獲得的寶貴時間。所以,當考慮投片前一致性解決方案時,開發團隊要避免停留在對規格的每個細節更新上。因此,選擇一個專注於PCIe規格的解決方案非常關鍵。該專業團隊須確保其解決方案與改進中的規格保持同步更新。

當讀完PCIe基礎規格或任何與之相關規格後,你會設想元件將如何運作。儘管諸如PCI-SIG的標準機構正在大力刪除其規格中的所有模棱兩可的內容,但這些規格保留對互通作業性的開放,並且假定這些規格是給開發人員閱讀的。最好的情況是,這些假設在開發人員之間以及和該規格的作者(規格的作者是PCI-SIG)意圖是一致的。然而,實際的情況往往是缺乏這種一致性。更為普遍的是,開發人員之間有著不同的設想。在這種情況下,這些設想的差異只有在廣泛的討論之後才能形成解決方案,這往往要求規格作者的指導。最壞的情況是所有開發人員的設想一致,但這些設想都與規格的意圖不一致。在這種情況下,開發出來的設備自然是不符合規格要求的。因此,任何投片前一致性解決方案都是很關鍵的,這些解決方案主要是針對已確認的或已解決的所有方案開發過程中產生的設想。通常,隨著更多開發人員審查和使用該方案,這些設想會確立和解決。這樣的結果是,當一個解決方案在產業中獲得更廣泛的認同後,在解決方案的精確性上將會更有信心。

由於元件的尺寸及其複雜性方面的難度持續增加、舉例的任務要比驗證少許多,所有可能的情況都變得相當困難,而無法被驗證過程所覆蓋的元件特性正呈現上升的趨勢。儘管PCIe規格詳細描述了成百上千個暫存器、多個複雜狀態機和許多可選功能,但這並不是PCIe規格獨有的問題。針對這個問題,業界已開發出覆蓋驅動驗證方法,並獲得成功的驗證。這些方法通常包含聲明語句在元件中的位置及其驗證環境。一旦聲明被加入,隨機激勵將應用在該元件上且覆蓋統計會被採集,這在覆蓋驅動驗證方法中是十分有用的。任何投片前的一致性解決方案必須包含一套聲明和一個針對覆蓋統計採集的工具。

IP驗證挑戰

隨著PCIe的日新月異,PCIe設計核心正迅速的成為商用元件。通常,當可以從許多廠商獲得多種PCIe設計核心時,透過對元件從零開始來構造一個PCIe設計核心的附加值是微乎其微的。理想的情況是,所有市面上的PCIe設計核心應該是免費糾錯的。然而,實際的情況並非如此。所以,採用PCIe設計核心的開發團隊所面臨的挑戰是確定如何處理可能驗證過的核心。大多數的開發團隊既沒有這樣做,也不希望為一個準驗證的PCIe設計核心分配資源進行再驗證。於是,一個可提供完全的、包含驗證環境的投片前一致性解決方案可填補此一缺口。但前提條件是假定該解決方案可輕易地與設備整合。此外,只要為這個任務分配一定的資源,任何由該解決方案指定的問題一定可輕易的被除錯和解決。

互通作業性被定義為一個設備與其他設備通訊的能力。在PCIe領域,只有當設備能正確的管理其連接和資訊交換時,才意味著兩個設備互通的。針對一個要成為完全互通的設備來說,該設備需能夠與市面上所有可能的設備進行連接和資訊交換。互通作業性在投片前環境中是相當困難的。在理想的投片前互通作業性驗證環境中,兩個PCIe設備的模型是完整的,且使用了適當的激勵。開發團隊在構造這種類型的互通作業性環境過程中所面臨的第一個挑戰是找到一個合適的和自願的合作夥伴。一旦確定了合作夥伴且分配了法律義務,該問題將會成為整合兩種模式的一種。其中一個模型對開發團隊而言是缺乏經驗的。隨著問題的出現,要求開發團隊為兩個設備提供一定程度上的支援。解決這些問題是一件相當繁瑣的任務,因為除錯通常包含來自不同組織的眾多開發人員。通常,將這些問題融合在一起可避免大量的這類測試。

儘管上述投片前互通作業性測試過程中所遇到的困難是難以克服的,但這些困難也並不會使得人們根本無法進行投片前的互通作業性測試。間接互通作業性(圖1)的概念規定:假定有三個設備,前兩個設備已知可和第三個設備互通,那麼前兩個設備彼此之間也應該能夠互通(圖2)。應用這個概念,投片前一致性解決方案保證了該設備與使用相同方案之所有其他設備間的互通性。隨著該假設方案獲得整個產業的廣泛認同,且使用該方案來確保與其他設備投片前的一致性,則這些設備彼此之間也是互通的。

圖1:設備之間的間接互通作業性。
圖1:設備之間的間接互通作業性。

隨著重新投片的成本與日俱增,確保所有PCIe元件投片前的一致性和互通作業性變得日趨關鍵。一致性和互通作業性資源缺陷相當複雜,且往往並不明顯。要減少生產缺乏相容及互通性元件風險的唯一途徑,就是利用包含先進驗證功能的方案來逐一解決這些資源缺陷。

圖2:具有一致性解決方案的間接互通作業性。
圖2:具有一致性解決方案的間接互通作業性。

PureSuite解決方案

Denali軟體公司的PureSuite已解決了上述挑戰,有效降低了生產一個非一致性或非互通設備的風險。PureSuite的方案包含超過8,000次直接和隨機測試,涵蓋了整個PCIe基礎規格V1.1和V2.0,這些基礎規格針對所有可能的PCIe設備類型,並允許開發團隊迅速且輕易地解決上述驗證中的每一項挑戰。

作者:Joshua Filliater

應用工程師

Denali Software公司




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