具有復(fù)雜處理功能的總線分析儀
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盡管完成1GHz時(shí)鐘頻率的微處理器值得稱贊，系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)在決定PC最終的速度的過(guò)程中也是至關(guān)重要的?，F(xiàn)代的PC應(yīng)用至少2個(gè)獨(dú)立的總線來(lái)（例如存儲(chǔ)器總線）保證微處理器本身在數(shù)據(jù)傳送和與外圍裝置相互作用時(shí)，不會(huì)降低速度。
擴(kuò)展總線提供擴(kuò)展的功能。所謂的本地總線處理類似高速的視頻或圖形卡以及100Base-T以太網(wǎng)適配器，這通常就是外設(shè)接口總線。針對(duì)少量傳統(tǒng)應(yīng)用，一些PC也提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)（ISA）的兼容性總線。
傳統(tǒng)地，PC為外設(shè)提供一個(gè)并行接口或RS-232串行總線。當(dāng)然，把PC和外圍設(shè)備相連的擴(kuò)展總線也許在某次的特殊的應(yīng)用中不被使用，但是，它可能得到很廣泛的應(yīng)用。其結(jié)果，在速度，被支持的裝置的數(shù)量，成本和復(fù)雜性中作出妥協(xié)。今天，通用串行總線（USB）已經(jīng)代替了很多過(guò)時(shí)的，低速總線。
同樣地，在過(guò)去，類似磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)的高速的外圍裝置需要特殊的對(duì)待。為處理這種快速、流動(dòng)的應(yīng)用，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（SCSI）總線幸運(yùn)而生。今天，蘋(píng)果計(jì)算機(jī)公司的火線接口總線（IEEE1394）和第二代USB.2總線以較低的能耗和成本提供和小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（SCSD相似的數(shù)據(jù)傳送能力。
所以，即使全部PC制造商都同意使用相同的總線協(xié)議和硬件，仍然存在若干不同類型的總線可供選擇。當(dāng)然，不言而喻，制造商不斷面臨升級(jí)現(xiàn)有的總線以及發(fā)展新的技術(shù)，以對(duì)付不斷出現(xiàn)的高速外圍設(shè)備的挑戰(zhàn)。結(jié)果是總線激增，這給設(shè)計(jì)和測(cè)試工程師造成額
外負(fù)擔(dān)。
總線的發(fā)展
傳統(tǒng)上的PC擴(kuò)展總線僅僅是帶緩存的微處理器總線的擴(kuò)展。當(dāng)微處理器的時(shí)鐘頻率增加時(shí)，要求更復(fù)雜的總線。最初的PCXT總線總是要求被存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地址，每個(gè)一字節(jié)的傳輸都需二個(gè)時(shí)鐘周期。現(xiàn)代總線僅需要一個(gè)寫(xiě)地址就可成組地發(fā)送相鄰的數(shù)據(jù)塊。對(duì)大的數(shù)據(jù)塊，傳輸速度接近總線能支持的最大速度。以前，微處理器獨(dú)占對(duì)擴(kuò)充總線控制?，F(xiàn)在，總線仲裁和總線控制分配給任何有能力的外圍裝置。另外，擴(kuò)展裝置安裝在所謂的即插即用系統(tǒng)中自動(dòng)完成。通過(guò)詢問(wèn)和協(xié)商，微處理器在可用的內(nèi)存中確定如何最佳排列所連接的外圍設(shè)備，并且，如同微處理器時(shí)鐘頻率增加的那樣，總線信號(hào)的完整和功率已經(jīng)變得很重要了。因?yàn)榭偩€線路必須作為高速傳輸線來(lái)處理，例如，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（SCSI）總線線路必須是有阻力地被終止。PCI總線通過(guò)采用審慎的反射操作手段減少功率。驅(qū)動(dòng)信號(hào)是半幅信號(hào)，但來(lái)自無(wú)終端接頭線路的反射把信號(hào)增加到全幅。對(duì)于將來(lái)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，快速10（Rapid10）和無(wú)限寬帶（IMiniBand）已經(jīng)被推薦為PCI和小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（SCSI）的常規(guī)替換。這些新的互連性結(jié)構(gòu)是可升級(jí)的，可交換的具有高速數(shù)據(jù)傳輸速率的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。存儲(chǔ)器的存取通過(guò)網(wǎng)絡(luò)適配器，該適配器提供必須的數(shù)據(jù)打包（packetiz-ing）/數(shù)據(jù)解包（depacketizing）的功能。信號(hào)的電平也已經(jīng)從傳統(tǒng)的+5V電平上被減少了。現(xiàn)在很多的裝置在3.3V和1.5V這樣低的電平上運(yùn)行。低電壓差分傳輸信號(hào)（LVDS）標(biāo)準(zhǔn)在低電平上達(dá)到極強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸力——典型值為300mv，數(shù)據(jù)傳輸為1Gb/s。差分運(yùn)行能消除地噪聲和共模干涉，使低功率和高速度同步運(yùn)行。
測(cè)試的實(shí)施
由于總線協(xié)議，信號(hào)電平和速度的變化而產(chǎn)生的效應(yīng)是很多的。評(píng)價(jià)發(fā)生的變化的大小的一個(gè)方法是比較現(xiàn)在的無(wú)限帶寬和以前的那些技術(shù)的說(shuō)明，例如，1992因特的前端總線（front-sidebus）。根據(jù)克仁·布查特，一位阿克勒特工藝所的研究開(kāi)發(fā)解決方案的項(xiàng)目經(jīng)理，“我們已經(jīng)看到在有效數(shù)據(jù)窗（5毫微秒到250微微秒）內(nèi)20次衰減和在電壓擺動(dòng)（5V到200mV）內(nèi)25次衰減。這是500。另一個(gè)表達(dá)它的方法是現(xiàn)在的總線功率僅為1992“奔騰”芯片（Intel公司生產(chǎn)的CPU）的前端總線功率的0.2%?！艾F(xiàn)在必須用信號(hào)圖表對(duì)單個(gè)建立和保持的測(cè)量確認(rèn)及表征總線和互連，”他說(shuō)?！岸秳?dòng)的度量和特征描寫(xiě)已經(jīng)變得很急需了?！痹陬愃频闹黝}上，戴爾·史密斯——數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢?fù)責(zé)人——為了分析現(xiàn)代的高速的串行總線傳輸，列出5個(gè)要求：
- 分流信號(hào)而不影響信號(hào)的完整性——為了避免對(duì)信號(hào)的影響，在處理阻抗匹配，串音最小化，消除導(dǎo)致反射的短截線，數(shù)字和模擬電路的分離，減小抖動(dòng)以及時(shí)間誤差的影響等方面，工程師必須具備重要的技能。
- 數(shù)據(jù)信息包同步——在1Gb/s或更高的總線滿速度下，一系列數(shù)據(jù)流中的專用的同步特性必須得到認(rèn)識(shí)。典型地，總線分析儀將使用一種能提供同步的特殊芯片，該芯片的物理縮寫(xiě)為PHY。
- 串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)協(xié)議分析儀和邏輯分析儀以并行方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因此在被這些儀器存儲(chǔ)之前，串行數(shù)據(jù)必須首先進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
- 提供傳遞計(jì)數(shù)——因?yàn)椴煌N類的總線以字節(jié)、詞方式運(yùn)行，分析儀必須跟蹤正被解讀信息包中的字節(jié)。信息包的初始端的指令和控制字節(jié)很重要，僅僅包含數(shù)據(jù)的信息包的末端不及前端重要。
- 提供錯(cuò)誤識(shí)別——觸發(fā)和誤碼率測(cè)試（BERT）需要錯(cuò)誤識(shí)別功能。對(duì)PHY的輸出進(jìn)行處理并查對(duì)其低電平和高電平的誤差。低電平的誤差包括元效的字符，死循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），糾錯(cuò)碼（ECC）和不一致誤差。典型的，高電平誤差由協(xié)議，重發(fā)數(shù)據(jù)或忙等問(wèn)題引起。因?yàn)榭偩€變得如此復(fù)雜，所以，它們不能用多用途測(cè)試儀進(jìn)行有效的分析。作為例證，PCI總線多路傳輸?shù)刂泛蛿?shù)據(jù)使用相同的32或64位總線。用類似的方法，采用數(shù)據(jù)字節(jié)對(duì)總線指令信號(hào)進(jìn)行多路傳輸。這樣，節(jié)省了芯片的管角和接頭，并節(jié)省了費(fèi)用。但是，這導(dǎo)致了用傳統(tǒng)的邏輯分析儀更難分析這類總線。全部有關(guān)特別的總線轉(zhuǎn)移信息都不包含在單一的樣品中。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一些總線分析儀把總線多路分解成為128通道，所以，整個(gè)的轉(zhuǎn)移可以被看作單一事件。為了幫助你應(yīng)付復(fù)雜的總線操作，總線分析儀可以提供若干捕捉和顯示方式。例如，VMETRO的PCI總線分析儀提供四種獨(dú)特的采樣模式以支持在不同級(jí)別抽樣的分析。
- 時(shí)鐘——在每個(gè)時(shí)鐘周期，存儲(chǔ)一個(gè)樣本。這可捕獲如何進(jìn)行PCI總線操作的全部細(xì)節(jié)，計(jì)循環(huán)時(shí)鐘周期的時(shí)間。這種方式適合于對(duì)類似門(mén)陣列可編程（FFGA）設(shè)計(jì)以及特定用途集成電路的硬件分析。
- 傳遞——每個(gè)有效數(shù)據(jù)段保存一個(gè)樣本。每個(gè)樣本都包括地址和指令（在地址階段期間里被鎖存的指令）。這是從軟件觀點(diǎn)分析總線處理的最適當(dāng)?shù)姆椒ā?BR>
- 處理——保存每個(gè)有效的數(shù)據(jù)段的一個(gè)樣本。這種方式和轉(zhuǎn)移方式相似，但是，它顯示每次處理的總的脈沖串寬度。這產(chǎn)生對(duì)系統(tǒng)行為分析，確認(rèn)和性能調(diào)整有用的記錄。
- 高速定時(shí)一以總線高達(dá)500MHz的速度進(jìn)行不連續(xù)時(shí)鐘采樣，該時(shí)鐘與總線時(shí)鐘不同步，用以分析總線定時(shí)的詳細(xì)的硬件分析。
當(dāng)然，所有這些考慮和操作方式僅僅滿足處理硬件的需求。根據(jù)計(jì)算機(jī)存取技術(shù)公司（CATO主管市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁裁喬·門(mén)多列所說(shuō)，“總線分析的解決方案可分為兩大類，一類為特殊種類的總線的專用解決方案，另一類為現(xiàn)成的邏輯分析儀接口上附加一個(gè)裝置?！睂Ｓ玫慕鉀Q方案提供了附加功能，該功能適合于在總線分析中增加了特征細(xì)節(jié)，便如：提供裝置分類解碼或顯示火線網(wǎng)絡(luò)的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)?！斑@種附加裝置的方法允許我們應(yīng)用現(xiàn)成的邏輯分析儀于新的分析領(lǐng)域，”他繼續(xù)說(shuō)。“不過(guò)，用戶被邏輯分析儀的功能所限制。這些信息更適于硬件分析而不是在協(xié)議的范圍內(nèi)看信息包的細(xì)節(jié)。”在普通的硬件/協(xié)議觀點(diǎn)上至少有一個(gè)是例外的，它就是來(lái)自FS2104PCI-X分析儀。比爾比爾·弗茲——該公司的市場(chǎng)部負(fù)責(zé)人說(shuō)：“我們正采用一種分析探針，它能在PCI-X總線上監(jiān)測(cè)50個(gè)以上不同的協(xié)議錯(cuò)誤。這工具能幫助你眼蹤從一個(gè)領(lǐng)域到另個(gè)領(lǐng)域的傷腦筋的問(wèn)題。例如，你可能有模擬問(wèn)題，但是，你不能確定出如何觸發(fā)它范圍的方法。不過(guò)，你知道你所懷疑的協(xié)議沖突是模擬問(wèn)題的表現(xiàn)。”他解釋道。“你僅僅在協(xié)議沖突上觸發(fā)你的邏輯分析儀，然后讓邏輯分析儀觸發(fā)其范圍。現(xiàn)在你知道你的觸發(fā)范圍，所以，你在其周圍做深入探查直到你看到導(dǎo)致錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因。”無(wú)論是什么問(wèn)題，工程師們想要他們的測(cè)試工具能迅速找出原因。并且，他們希望他們的工具容易操作而不必象使用老式、低級(jí)儀器那樣學(xué)習(xí)全部的艱澀難懂的指令。邁克爾·芬貝克博士-3A國(guó)際公司的技術(shù)主管認(rèn)為，在技術(shù)文件中保留了這些應(yīng)用的相互關(guān)系數(shù)據(jù)的含義（來(lái)龍去脈的范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的意思）。盡管他的說(shuō)明是針對(duì)1394系統(tǒng)，但他的結(jié)論一般來(lái)說(shuō)適用于總線分析儀。“越來(lái)越多的公司在1394裝置之間的通信中使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。IEC61883、音頻，視頻和控視協(xié)議（AV/C）、串行總線協(xié)議（SBP2）（能包括任何指令集）、因特網(wǎng)協(xié)議。P）、直接打印協(xié)議（DPP）、和儀器檢測(cè)及工業(yè)控制協(xié)議。ICP〉都是最常被使用的協(xié)議。例如，和子集標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合在一起的AV/C、規(guī)范為類似VCRs。DVD和照相機(jī)等消費(fèi)裝置的無(wú)縫互用性提供了一個(gè)出色的構(gòu)架?！叭窟@些不同的協(xié)議都共有一個(gè)共同點(diǎn)：協(xié)議指令或數(shù)據(jù)都封裝在連續(xù)同步或異步的有效數(shù)據(jù)信息包中，具有最新技術(shù)的1394數(shù)據(jù)分析儀必須有這些協(xié)議的最小解碼支持，——換句話說(shuō)，就是提取和解釋1394事務(wù)處理。并且，這種儀器的擴(kuò)展協(xié)議支持觸發(fā)和數(shù)據(jù)產(chǎn)生功能的能力為開(kāi)發(fā)者的節(jié)省大量的時(shí)間。
評(píng)論