具有复杂处理功能的总线分析仪

2008-05-09 10:55:45来源: EEFOCUS
  最令人兴奋,给人深刻印象的标题的例子是,“美国AMD公司击败英特尔的里程碑是1GHz微处理器。”即使胜利是暂时的,这个消息却是事实。不过,现在的印象是1GHz PC似乎很容易得到。你也许没认识到微处理器时钟频率和PC性能之间的区别。另外,也许你没有认真考虑从上述的任意一个公司中大量买这些生产很有限的装置。

  尽管完成1GHz时钟频率的微处理器值得称赞,系统的体系结构在决定PC最终的速度的过程中也是至关重要的。现代的PC应用至少2个独立的总线来(例如存储器总线)保证微处理器本身在数据传送和与外围装置相互作用时,不会降低速度。

  扩展总线提供扩展的功能。所谓的本地总线处理类似高速的视频或图形卡以及100Base-T以太网适配器,这通常就是外设接口总线。针对少量传统应用,一些PC也提供工业标准体系结构(ISA)的兼容性总线。

  传统地,PC为外设提供一个并行接口或RS-232串行总线。当然,把PC和外围设备相连的扩展总线也许在某次的特殊的应用中不被使用,但是,它可能得到很广泛的应用。其结果,在速度,被支持的装置的数量,成本和复杂性中作出妥协。今天,通用串行总线(USB)已经代替了很多过时的,低速总线。

  同样地,在过去,类似磁盘驱动的高速的外围装置需要特殊的对待。为处理这种快速、流动的应用,小型计算机系统接口(SCSI)总线幸运而生。今天,苹果计算机公司的火线接口总线(IEEE1394)和第二代USB.2总线以较低的能耗和成本提供和小型计算机系统接口(SCSD相似的数据传送能力。

  所以,即使全部PC制造商都同意使用相同的总线协议和硬件,仍然存在若干不同类型的总线可供选择。当然,不言而喻,制造商不断面临升级现有的总线以及发展新的技术,以对付不断出现的高速外围设备的挑战。结果是总线激增,这给设计和测试工程师造成额
外负担。

  总线的发展

  传统上的PC扩展总线仅仅是带缓存的微处理器总线的扩展。当微处理器的时钟频率增加时,要求更复杂的总线。最初的PCXT总线总是要求被存储数据的地址,每个一字节的传输都需二个时钟周期。现代总线仅需要一个写地址就可成组地发送相邻的数据块。对大的数据块,传输速度接近总线能支持的最大速度。以前,微处理器独占对扩充总线控制。现在,总线仲裁和总线控制分配给任何有能力的外围装置。另外,扩展装置安装在所谓的即插即用系统中自动完成。通过询问和协商,微处理器在可用的内存中确定如何最佳排列所连接的外围设备,并且,如同微处理器时钟频率增加的那样,总线信号的完整和功率已经变得很重要了。因为总线线路必须作为高速传输线来处理,例如,小型计算机系统接口(SCSI)总线线路必须是有阻力地被终止。PCI总线通过采用审慎的反射操作手段减少功率。驱动信号是半幅信号,但来自无终端接头线路的反射把信号增加到全幅。对于将来的计算机系统,快速10(Rapid10)和无限宽带(IMiniBand)已经被推荐为PCI和小型计算机系统接口(SCSI)的常规替换。这些新的互连性结构是可升级的,可交换的具有高速数据传输速率的结构系统。存储器的存取通过网络适配器,该适配器提供必须的数据打包(packetiz-ing)/数据解包(depacketizing)的功能。信号的电平也已经从传统的+5V电平上被减少了。现在很多的装置在3.3V和1.5V这样低的电平上运行。低电压差分传输信号(LVDS)标准在低电平上达到极强的数据传输力——典型值为300mv,数据传输为1Gb/s。差分运行能消除地噪声和共模干涉,使低功率和高速度同步运行。

  测试的实施

  由于总线协议,信号电平和速度的变化而产生的效应是很多的。评价发生的变化的大小的一个方法是比较现在的无限带宽和以前的那些技术的说明,例如,1992因特的前端总线(front-sidebus)。根据克仁·布查特,一位阿克勒特工艺所的研究开发解决方案的项目经理,“我们已经看到在有效数据窗(5毫微秒到250微微秒)内20次衰减和在电压摆动(5V到200mV)内25次衰减。这是500。另一个表达它的方法是现在的总线功率仅为1992“奔腾”芯片(Intel公司生产的CPU)的前端总线功率的0.2%。“现在必须用信号图表对单个建立和保持的测量确认及表征总线和互连,”他说。“抖动的度量和特征描写已经变得很急需了。”在类似的主题上,戴尔·史密斯——数据传输的负责人——为了分析现代的高速的串行总线传输,列出5个要求:
  • 分流信号而不影响信号的完整性——为了避免对信号的影响,在处理阻抗匹配,串音最小化,消除导致反射的短截线,数字和模拟电路的分离,减小抖动以及时间误差的影响等方面,工程师必须具备重要的技能。
  • 数据信息包同步——在1Gb/s或更高的总线满速度下,一系列数据流中的专用的同步特性必须得到认识。典型地,总线分析仪将使用一种能提供同步的特殊芯片,该芯片的物理缩写为PHY。
  • 串行数据转换为并行数据协议分析仪和逻辑分析仪以并行方式存储数据,因此在被这些仪器存储之前,串行数据必须首先进行转换。
  • 提供传递计数——因为不同种类的总线以字节、词方式运行,分析仪必须跟踪正被解读信息包中的字节。信息包的初始端的指令和控制字节很重要,仅仅包含数据的信息包的末端不及前端重要。
  • 提供错误识别——触发和误码率测试(BERT)需要错误识别功能。对PHY的输出进行处理并查对其低电平和高电平的误差。低电平的误差包括元效的字符,死循环冗余校验(CRC),纠错码(ECC)和不一致误差。典型的,高电平误差由协议,重发数据或忙等问题引起。因为总线变得如此复杂,所以,它们不能用多用途测试仪进行有效的分析。作为例证,PCI总线多路传输地址和数据使用相同的32或64位总线。用类似的方法,采用数据字节对总线指令信号进行多路传输。这样,节省了芯片的管角和接头,并节省了费用。但是,这导致了用传统的逻辑分析仪更难分析这类总线。全部有关特别的总线转移信息都不包含在单一的样品中。为了解决这个问题,一些总线分析仪把总线多路分解成为128通道,所以,整个的转移可以被看作单一事件。为了帮助你应付复杂的总线操作,总线分析仪可以提供若干捕捉和显示方式。例如,VMETRO的PCI总线分析仪提供四种独特的采样模式以支持在不同级别抽样的分析。
  • 时钟——在每个时钟周期,存储一个样本。这可捕获如何进行PCI总线操作的全部细节,计循环时钟周期的时间。这种方式适合于对类似门阵列可编程(FFGA)设计以及特定用途集成电路的硬件分析。
  • 传递——每个有效数据段保存一个样本。每个样本都包括地址和指令(在地址阶段期间里被锁存的指令)。这是从软件观点分析总线处理的最适当的方法。
  • 处理——保存每个有效的数据段的一个样本。这种方式和转移方式相似,但是,它显示每次处理的总的脉冲串宽度。这产生对系统行为分析,确认和性能调整有用的记录。
  • 高速定时一以总线高达500MHz的速度进行不连续时钟采样,该时钟与总线时钟不同步,用以分析总线定时的详细的硬件分析。

  当然,所有这些考虑和操作方式仅仅满足处理硬件的需求。根据计算机存取技术公司(CATO主管市场营销副总裁裁乔·门多列所说,“总线分析的解决方案可分为两大类,一类为特殊种类的总线的专用解决方案,另一类为现成的逻辑分析仪接口上附加一个装置。”专用的解决方案提供了附加功能,该功能适合于在总线分析中增加了特征细节,便如:提供装置分类解码或显示火线网络的树状结构。“这种附加装置的方法允许我们应用现成的逻辑分析仪于新的分析领域,”他继续说。“不过,用户被逻辑分析仪的功能所限制。这些信息更适于硬件分析而不是在协议的范围内看信息包的细节。”在普通的硬件/协议观点上至少有一个是例外的,它就是来自FS2104PCI-X分析仪。比尔比尔·弗兹——该公司的市场部负责人说:“我们正采用一种分析探针,它能在PCI-X总线上监测50个以上不同的协议错误。这工具能帮助你眼踪从一个领域到另个领域的伤脑筋的问题。例如,你可能有模拟问题,但是,你不能确定出如何触发它范围的方法。不过,你知道你所怀疑的协议冲突是模拟问题的表现。”他解释道。“你仅仅在协议冲突上触发你的逻辑分析仪,然后让逻辑分析仪触发其范围。现在你知道你的触发范围,所以,你在其周围做深入探查直到你看到导致错误产生的原因。”无论是什么问题,工程师们想要他们的测试工具能迅速找出原因。并且,他们希望他们的工具容易操作而不必象使用老式、低级仪器那样学习全部的艰涩难懂的指令。迈克尔·芬贝克博士-3A国际公司的技术主管认为,在技术文件中保留了这些应用的相互关系数据的含义(来龙去脉的范围内数据的意思)。尽管他的说明是针对1394系统,但他的结论一般来说适用于总线分析仪。“越来越多的公司在1394装置之间的通信中使用标准协议。IEC61883、音频,视频和控视协议(AV/C)、串行总线协议(SBP2)(能包括任何指令集)、因特网协议。P)、直接打印协议(DPP)、和仪器检测及工业控制协议。ICP〉都是最常被使用的协议。例如,和子集标准结合在一起的AV/C、规范为类似VCRs。DVD和照相机等消费装置的无缝互用性提供了一个出色的构架。“全部这些不同的协议都共有一个共同点:协议指令或数据都封装在连续同步或异步的有效数据信息包中,具有最新技术的1394数据分析仪必须有这些协议的最小解码支持,——换句话说,就是提取和解释1394事务处理。并且,这种仪器的扩展协议支持触发和数据产生功能的能力为开发者的节省大量的时间。

关键字:时钟  频率  速度  传送  接口  串行  并行

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2008/0509/article_99.html
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