RZ/T2H

本文闡述了RZ/T2H的PCIe外設作為EP，在Windows上做驅動開發、速率測試時，可能會遇到無法被Windows識別的問題。本文總結了一些調試方法和技巧，來排查問題原因和解決方法。

如下圖所示，RZ/T2H有著豐富的外設資源。

圖1：RZ/T2H系統框圖

如紅色方框部分，RZ/T2H有兩路第三代PCIe接口，可以支持到最高8.0 GT/s的傳輸速率。物理連接可以是x1，x2的方式，并且2路接口可以獨立作為RC和EP使用。

在某驅控一體項目中，客戶是將其中1路PCIe作為EP，采用X1配置；Windows PC作為RC，通過PCIe實現快速通信。我們在Windows端基于Windows Driver Framework開發了相關驅動程序。

考慮到Windows是非實時性操作系統，所以將所有與PCIe交互的代碼放在了驅動層，以提高通信的實時性。經過測試，Windows PC做RC，RZ/T2H做EP，RC讀取數據的傳輸速率是：33 Bytes/us（考慮到Windows是非實時操作系統，達不到8GT/s的傳輸速率也屬正常）。如果T2H EVK 用作RC端，則速率可以達到PCIe3.0的標準。

PCIe3.0的標準是8.0GT/s的傳輸速率，根據128b/130b的編碼規則，其數據有效率為 128/130=98.46%，從而可以得到有效數據速率為8.0×0.9846=7.877Gbit/s≈0.985GB/s per lane，即985 bytes/us。

T2H默認的MPS（Max Payload Size）最大可以配置成4096B。考慮到加入TLP的header（假如3WD，12B，且MPS配置為256B），則其傳輸有效數據量為（RC連續發 MRd）。

1每us能傳輸的完整completion次數為：985/（256+12）≈3.67次

2對應的有效數據量≈3.67×256≈939B/μs

圖2：RZ/T2H驅動程序

圖3：Windows端測量PCIe讀寫速率的消息序列圖

客戶主板設計上通過PCIe金手指與PC主板的PCIe x1接口相接。遇到的問題是：客戶主板燒錄程序，連接到PC，無法被PC識別。

由于沒有高速示波器來分析PCIe總線上的異常，我們只能從以下幾個角度來分析。

1檢查電源是否合理。

依次檢查了5V，3.3V，1.8V，0.8V，均正常。

2由于只有500M的示波器，只能抓啟動的波形。通過RZ/T2H EVK的波形與客戶板子的波形作對比。

圖4：加PCIe延長線，便于抓取必要波形

我們通過PCIe的啟動過程了解到，在鏈路還沒有訓練（LTSSM還沒進入L0正常工作狀態）時，允許設備通知對方自己的存在。這種通知被定義為Beacon，它是一種低速、低頻的物理信號，并不是 PCIe 8b/10b或128b/130b編碼的數據流。

鑒于此，我們采用500M的示波器，將TX+（B14），TX-（B15）通過PCIe的延長線接頭處，引到示波器上。C1為TX+，C2為TX-。

圖5：RZ/T2H EVK Beacon

圖6：客戶RZ/T2H主板Beacon

從圖五和圖六可以看到：

RZ/T2H EVK的Beacon持續時間是370ms，TX+和TX-的幅值在400mV左右，且非常對稱。

客戶RZ/T2H主板的Beacon持續時間是3.5s，猜想該Beacon持續時間太久的原因是一直沒有得到EP的應答。且TX+的幅值在400mV左右，而TX-的幅值不到100mV，不對稱。

TX+/TX-是從RC端發起的信號，為何在金手指端的波形發生不對稱現象？于是我們再仔細核對了客戶的PCB，發現客戶的第6，7層沒有鋪地。

由于客戶的電路與EVK有局部的不同，為了防止我們判斷錯誤，將RZ/T2H EVK修改成和客戶板相同的配置（電阻值以及對應信號懸空等），開發板都能正常啟動PCIe，所以基本可以認為是PCB鋪地原因導致的差分信號不均衡，從而RZ/T2H作為EP時沒有正確收到PC的握手信號，而不響應RC，所以沒有下一步動作。

經過客戶重新布板，該主板可以進行正常的PCIe通信了。

從這次debug可以看出，PCIe參考地有非常重要的意義。如果PCIe信號線在沒有參考地平面的情況下布線，將會導致諸如以下問題：

1阻抗不連續與嚴重反射：阻抗在整個走線上劇烈波動，導致信號在每一個阻抗變化點都會發生反射。這會嚴重劣化信號質量。若地平面斷裂/跨分割會導致局部阻抗突變，反射增大，可能引起鏈路訓練失敗。

2信號完整性（SI）問題：

眼圖塌陷：在接收端看到的眼圖會非常“瘦”，甚至完全閉合，眼高和眼寬都不達標。

振鈴（Ringing）和過沖（Overshoot）/下沖（Undershoot）：由于阻抗失配和反射，信號會產生嚴重的振蕩。

時序錯誤：邊沿變得緩慢且不確定，建立時間和保持時間無法滿足。

3電磁干擾（EMI）問題：缺少參考平面，信號產生的電磁場無法被有效屏蔽和約束，會向外輻射，導致EMI測試失敗，也可能干擾板上的其他電路。

4系統不穩定與高誤碼率：最終結果是PCIe鏈路訓練失敗、速率協商不上去、或者在運行中出現大量的數據錯誤（誤碼率BER飆升），導致系統頻繁藍屏、卡頓、設備無法識別。

對于PCIe 3.0及以上速率，layout要求較為苛刻， PCB設計者需要足夠重視，沒有完整的參考地平面，項目失敗的風險極高，也會為后期帶來不必要的debug工作。PCB一定要遵守RZ/T2H的硬件設計指導書。