PCIe：緩和一致性與互操作性挑戰(zhàn)

早自五年前PCI Express(PCIe)的初始階段，PCIe就已成了實質(zhì)上跨越所有細分市場并占主導地位的互連協(xié)議。今天，所有主要芯片組廠商正將PCIe技術(shù)植入到他們的芯片組中。PCIe技術(shù)已廣泛應用在服務器、工作站、存儲系統(tǒng)、路由器、交換機和一系列測量應用中。PCIe的迅速推廣導致了許多不同的PCIe規(guī)范的實現(xiàn)方式。

盡管理論上來說，每一個實現(xiàn)方式應遵從PCIe規(guī)范且應具有與所有其他的實現(xiàn)方式互操作的能力。但實際的情況卻是，有一些既不一致又不具備互操作性的設備進入市場。因為那時有人認為盡管非一致的或不具互操作性的器件流片后的維修成本很高，但與其投放市場后所獲得的收益來比還是少很多，并認為確保器件流片前的一致性和互操作性驗證是任何PCIe開發(fā)過程中最為重要的挑戰(zhàn)。

意識到這筆巨大成本后，EDA行業(yè)發(fā)布了許多能夠解決這個挑戰(zhàn)的方案。這些方案從高級驗證、斷言語言和方??延伸到功能覆蓋工具和特定協(xié)議一致性測試的工具包。即便是有許多解決方案可從EDA行業(yè)獲得，但為確保流片前器件的一致性和互操作性而選擇最佳的解決方案，也要求對導致器件不一致或互操作性的問題有一個透徹的理解。

一致性驗證的挑戰(zhàn)

對大多數(shù)的產(chǎn)品開發(fā)團隊來說，驗證過程始于驗證計劃的創(chuàng)立。協(xié)議規(guī)范是針對任何驗證計劃的主要輸入之一。通過甚至是最簡單的測量，PCIe基礎規(guī)范是一個足以將最富經(jīng)驗的產(chǎn)品開發(fā)團隊弄混淆的復雜規(guī)范。這種復雜性不僅是由于其龐大的文檔數(shù)量，而且是因為這樣一個事實：為了完全理解規(guī)范，開發(fā)團隊要求理解所有基本規(guī)范。執(zhí)行該過程是相當困難的，況且目前包括PCIe基礎規(guī)范在內(nèi)的許多規(guī)范仍在不斷改進中。保持PCIe基礎規(guī)范的更新需要花費大量的、在驗證過程的關(guān)鍵階段通常無法獲得的寶貴時間。所以，當考慮流片前一致性解決方案時，開發(fā)團隊要避免停留在對規(guī)范的每個細節(jié)的更新上。因此，選擇一個專注于PCIe規(guī)范的開發(fā)團隊所實現(xiàn)的解決方案尤為關(guān)鍵。該專業(yè)團隊須確保其解決方案與改進中的規(guī)范保持同步更新。

當通讀完P(guān)CIe基礎規(guī)范或任何與之相關(guān)規(guī)范后，你會設想器件將如何工作。盡管諸如PCI-SIG的標準機構(gòu)在大力刪除其規(guī)范中的所有模棱兩可的內(nèi)容，但這些規(guī)范保留對互操作性的開放，并且假定這些規(guī)范是給開發(fā)人員閱讀的。最好的情況是，這些假設在開發(fā)人員之間以及和該規(guī)范的作者(規(guī)范的作者是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(fā)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后才能形成解決方案，這就往往要求規(guī)范作者的指導。最壞的情況是所有開發(fā)人員的設想一致，但這些設想都與規(guī)范的意圖不一致。在這種情況下，開發(fā)出來的設備自然是不符合規(guī)范要求的。因此，任何流片前一致性解決方案都是很關(guān)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(fā)過程中產(chǎn)生的設想。通常來說，隨著更多的開發(fā)人員復查和應用該解決方案，這些設想會確立和解決。這樣的結(jié)果是，當一個解決方案在行業(yè)中獲得更廣泛的認同后，在解決方案的精確性上將會更有信心。

由于器件的尺寸及其復雜性方面的難度持續(xù)增加、例舉的任務要比驗證少許多，所有可能的情況都變得相當困難，以及無法被驗證過程所覆蓋的器件特性正呈現(xiàn)上升的趨勢。盡管PCIe規(guī)范詳細描述了成百上千個寄存器、多個復雜狀態(tài)機和許多可選功能，但這并不是PCIe規(guī)范獨有的問題。針對這個整個行業(yè)所面臨的問題，覆蓋驅(qū)動驗證方法已開發(fā)出來并得到成功的驗證。這些方法通常包含斷言語句在器件中的位置及其驗證環(huán)境。一旦斷言被加入，隨機激勵將應用在該器件上且覆蓋統(tǒng)計會被采集，這在覆蓋驅(qū)動驗證方法中是十分有用的。任何流片前一致性解決方案必須包含一套健壯的斷言和一個針對覆蓋統(tǒng)計采集的工具。

IP驗證帶來的挑戰(zhàn)

隨著PCIe的日新月異，PCIe設計核正迅速的成為商用部件。通常，當可以從許多廠家獲得多種PCIe設計核時，通過對器件從零開始來構(gòu)造一個PCIe設計核的附加值是微乎其微的。理想的情況是，所有市面上的PCIe設計核應該是免費糾錯的。然而，實際的情況往往并非如此。所以，采用PCIe設計核的開發(fā)團隊所面臨的挑戰(zhàn)是確定怎樣處理可能驗證過的核。大多數(shù)的開發(fā)團隊既沒有這樣做，也不希望為一個準驗證的PCIe設計核分配資源去再驗證。于是，一個可提供完全的、自包含驗證環(huán)境的流片前一致性解決方案可起到填補這個缺口的作用。但前提條件是假定該解決方案可以輕易的與設備集成在一起。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調(diào)試和解決。

互操作性被定義為一個設備與其他設備通信的能力。在PCIe領(lǐng)域，只有當設備能正確的管理其連接和信息交換時，才意味著兩個設備是具備互操作性的。針對一個要成為完全互操作性的設備來說，該設備需能夠與市面上所有可能的設備進行連接和信息交換。互操作性在流片前環(huán)境中是相當困難的。在理想的流片前互操作性驗證環(huán)境中，兩個PCIe設備的模型是完整的，且使用了適當?shù)募?。開發(fā)團隊在構(gòu)造這種類型的互操作性環(huán)境過程中所面臨的第一個挑戰(zhàn)是找到一個合適的和自愿的合作伙伴。一旦確定了合作伙伴且分派了法律義務，該問題將會成為集成兩種模式的一種。其中一個模型對開發(fā)團隊而言是缺乏經(jīng)驗的。隨著問題的出現(xiàn)，要求開發(fā)團隊為兩個設備提供一定程度上的支持。解決這些問題是一件相當繁瑣的任務，因為調(diào)試通常包含來自不同組織的眾多開發(fā)人員。通常，將這些問題融合在一起從而避免大量的這類測試。

盡管上述流片前互操作性測試過程中所遇到的困難是難以克服的，但這些困難也并不會使得人們根本無法進行流片前的互操作性測試。間接互操作性(見圖1)的概念規(guī)定：假定有三個設備，前兩個設備是已知和第三個設備是可以互操作的，那么前兩個設備彼此之間也應該是具備互操作性的(見圖2)。應用這個概念，流片前一致性解決方案保證了該設備與使用相同解決方案的所有其他設備之間互操作性。隨著該假定解決方案獲得整個行業(yè)的廣泛認同，且使用該解決方案來確保與其他設備流片前的一致性，則這些設備彼此之間也是可互操作的。

圖1：設備之間的間接互操作性。

圖2：具有一致性解決方案的間接互操作性。

隨著重新流片成本的與日俱增，確保所有PCIe器件流片前的一致性和互操作性變得日趨關(guān)鍵。一致性和互操作性資源缺陷是復雜的且往往并不明顯。降低生產(chǎn)一個既不兼容又不具互操作性器件的風險的唯一途徑就是利用被廣泛接受的、并包括先進驗證功能的易于集成的解決方案來逐個解決這些資源缺陷。

PureSuite解決方案

Denali軟件公司的PureSuite逐個解決了上述這些挑戰(zhàn)，有效地降低了生產(chǎn)一個非一致性或非互操作性設備的風險。PureSuite增加了設計人員的信心，這種信心主要體現(xiàn)在一個設備遵從PCIe規(guī)范和與市面上眾多的其他設備互操作性的能力方面。該解決方案包含超過8000次直接和隨機測試，涵蓋了整個PCIe基礎規(guī)范V1.1和V2.0，這些基礎規(guī)范是針對所有可能的PCIe設備類型的。伴隨有快速和易于綜合、全球支持的特點，這些測試允許開發(fā)團隊去迅速且輕易的解決上述驗證中的每一個挑戰(zhàn)。