Microchip：SSD主控智能调测功能

关键要点

1. 介绍了闪存控制器中的调试功能和挑战。

2. 描述了高速接口（如PCIe）的测试和调试方法。

3. 强调了使用智能调试工具可以更有效地分析和解决问题。

4. 提供了一些DDR BIST诊断命令列表。

5. 总结了不同类型的智能调试工具的功能和优势。

关于Debugging

在SSD中，Debugging是为了识别和解决潜在的硬件或软件问题，以确保数据完整性和存储性能。Debugging通常在以下场景中需要：

1. 性能检测：在开发阶段，测试SSD的读写速度、延迟等性能指标，确保符合规格。

2. 错误排查：当SSD出现数据损坏、读写失败或异常行为时，Debugging帮助找出问题根源。

3. 固件更新：在固件开发和更新过程中，Debugging用于验证新功能和修复的有效性。

Debugging可以帮助提高SSD的可靠性，优化性能，并确保用户数据的安全性，最终提升用户体验。

介绍了SSD内部组成单元，通常包含：

1. 1. 内存控制器，主控（MC）；
2. 2. SDRAM Memory，高速缓存DRAM模块；
3. 3. NAND闪存阵列。

不同模块间的访问速度：

• • PCIe（总线）- MC（主控）：由PCIe（NVMe标准组织规定），5.0的速率为32GT/s；
• • MC - DDR SDRAM：3200MT/s，与PCIe5.0相当；
• • MC - Flash：2400MT/s。

• • 由于高速原因，PCIe问题难以调试
• • 测试和调试控制器的PCIe接口
• • 主动测试可以通过以下方式进行：
  • • 通过PRBS回环进行系统内测试：
    • • 仅展示物理连接
  • • 在控制器内进行回环测试：
    • • 仅展示IO缓冲区
  • • 插入中介器以捕捉链路状态：
    • • 有效用于分析，但会带来以下问题：
      • • 插入损耗和信号延迟
      • • 可能在数据路径中增加再计时器
      • • 可能掩盖或引入新问题
      • • 需要昂贵的分析仪和中介器
      • • 难以复现

图解释了调试SSD中PCIe接口的挑战和可能的测试方法。由于PCIe的高速特性，调试其问题非常困难。

图中提到三种测试方法：系统内回环测试、控制器内回环测试以及通过插入中介器捕捉链路状态。每种方法都有其优缺点，例如中介器可以有效捕捉数据状态，但会引入信号损耗和延迟，且调试成本较高。整体来说，这张图强调了在高速数据传输中，PCIe接口的调试复杂性及其重要性。

利用控制器内置的眼图捕捉功能来分析PCIe信号的质量。图中显示了三个不同的调试会话，它们使用ChipLink软件与多个Microchip设备进行连接和通信，最终的调试结果通过眼图图表展示，帮助识别和解决高速传输中的问题。这些工具在PCIe系统中至关重要，可以帮助确保信号的完整性和调试过程的有效性。

眼图分析

1. 1. 信号采样：在分析过程中，眼图通常通过重复测量数千个或更多的波形，然后将这些波形叠加在一起，以形成一个综合的视图。这样可以显示出信号在每个时间点的变化范围。
2. 2. 眼图参数：
   • • 眼高（Eye Height）：表示信号逻辑高电平和低电平之间的电压差。较大的眼高意味着更清晰的电平差，容易被正确识别。
   • • 眼宽（Eye Width）：指信号“眼睛”在时间轴上的宽度。眼宽越大，信号的时间抖动越小，时序误差越小，数据稳定性越好。
   • • 眼中心（Eye Centering）：眼图的中心表示最佳的采样时间点。如果信号采样点远离眼中心，可能会引入误码。
   • • 抖动（Jitter）：眼图的水平收缩和信号的上下波动反映了时间抖动和幅度抖动。抖动越小，信号越稳定。

PHY Analyzer 和 LTSSM（Link Training and Status State Machine）状态捕捉 是分析和调试PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）协议物理层和链路层的重要工具和技术。下面详细介绍这两者的概念和应用：

PHY Analyzer（物理层分析仪）

PHY Analyzer 是一种专门用于分析和调试高速信号的工具，特别是用于验证和测试物理层（PHY）的性能和合规性。

主要功能：

• • 信号完整性分析：通过监测和分析信号的质量，例如抖动、噪声、眼图形状等，PHY Analyzer 能够帮助工程师识别信号传输中的问题，确保信号的完整性。
• • 误码率测试（BER）：PHY Analyzer 可以测量误码率，从而评估数据传输的可靠性。
• • 调试和验证：它可以用来调试物理层接口，验证物理层是否符合PCIe标准和规范。
• • 时序分析：通过捕捉和分析信号的时序信息，PHY Analyzer 能够检测时序违规和潜在的同步问题。

LTSSM 状态捕捉

LTSSM （Link Training and Status State Machine） 是PCIe协议中的一个重要机制，用于管理链路的建立、训练和状态转换。PCIe链路在建立和运行过程中，会经历多个状态（如检测、训练、活动等），这些状态由LTSSM管理。

主要功能：

• • 状态管理：LTSSM控制链路的建立和管理，包括检测设备、链路速度和宽度的协商、链路训练等。LTSSM的状态转换确保链路能够正确配置并达到最佳性能。
• • 状态捕捉：状态捕捉工具能够记录和分析链路状态的变化，帮助工程师理解链路在不同状态下的行为，特别是在链路建立失败或性能异常时。
• • 链路调试：通过捕捉和分析LTSSM状态，工程师可以调试链路问题，例如链路无法正确训练、频繁的状态切换等问题。

LTSSM 状态：

• • Polling：设备在这个状态下检测链路的物理连接，并与对端设备协商链路参数。
• • Configuration：链路参数协商完毕，链路进入配置状态，进行链路配置和验证。
• • L0：链路正常运行状态，数据可以在设备间传输。
• • Recovery：在发生错误或其他异常时，链路会进入恢复状态，尝试重新建立正常连接。

在高速通信中，信号传输通常受到多种因素的影响，如抖动、噪声、信号衰减等。Lane Margining 技术通过在不同的电压和时间偏移下模拟信号传输过程，以评估通道的“裕量”，即在恶劣条件下信号仍能被正确接收的余地。

Lane Margining 的作用

• • 信号质量评估：通过测量在不同电压和时序条件下的误码率，Lane Margining 可以提供关于信号质量的详细信息，帮助工程师评估系统的可靠性。
• • 通道优化：通过分析通道的裕量，可以识别出设计中的薄弱环节，指导工程师进行优化，确保在恶劣条件下（如温度变化、电压波动等）仍能可靠地传输数据。
• • 合规性测试：在产品测试和认证阶段，Lane Margining 可用于确保通道的信号质量符合行业标准和规范，尤其是在PCIe等高速接口的设计中。

• • DDR和Flash总线是并行接口，支持18到32个设备，每个设备超过40个信号。
• • 测试可以通过附加在DDR/Flash设备上的中介进行。
  • • 中介安装在设备与PCB足迹之间。
  • • 不能在生产SSD中安装中介。
  • • 中介网络是短路，会影响信号完整性。
    • • 信号电平降低
    • • 反射
    • • 振铃
    • • 噪声
    • • 不能在控制器处探测

罗列DDR定位管理工具中的命令集合。

BIST（Built-In Self-Test） 是一种集成电路设计中的自动测试机制，通常用于内存、处理器和其他复杂集成电路的自检和自我调试。DDR（双倍数据速率）内存中的 BIST 调测是一种用于测试和验证内存工作状态和性能的技术。

总结

本文介绍了在调试高速接口时面临的主要挑战，并突出了采用智能调试技术的重要性。通过对PCIe和DDR接口的深入分析，展示了如何利用现代控制器的内置功能来进行高效和准确的故障诊断，从而提高产品的可靠性和生产效率。

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