Испытания PCIe (шина взаимодействия периферийных компонентов типа экспресс)
Практически все требования, предъявляемые к испытаниям PCIeс точки зрения передачи данных и характеристик сигналов, удовлетворяются осциллографамикак в ходе проектирования, так и на этапе испытаний на соответствие стандартам PCIe. На физическом уровне анализаторы цепеймогут обеспечивать максимально возможную точность испытаний на целостность сигналов. При использовании автоматизированного анализатора цепейуникальная испытательная установка от Rohde & Schwarz существенно сокращает время испытанийпараметров целостности сигналов и повышает надежность испытанийкабелей и разъемов PCIe с четырьмя и более линиями согласно спецификации 5.0 или 6.0.
Шина PCIe повсеместно применяется в серверах и ПК для установления соединений между центральным процессором и встроенными периферийными устройствами (интегральные схемы для поверхностного монтажа) или дополнительными периферийными устройствами (платы расширения). Последние включают в себя видеокарты, модули памяти и расширительные платы. Для производителей ПК и поставщиков чипов и сменных плат для всех нужд отрасли проверка интерфейсов PCIeв ходе проектирования, а также в рамках дальнейшей проверки функциональности и контроля качества продукции играет первостепенную роль.
В 2003 году была представлена первая спецификация PCIe 1.0 с пропускной способностью 8 ГБ/с с частотой 2,5 ГГц и поддержкой 2,5 ГТ/с (гигатранзакций в секунду). Обновленная версиявыпускается специальной группой PCI-SIGс интервалом в три-четыре года, при этом каждый раз рабочие характеристики удваиваются. Актуальная версия PCIe 6.0, выпущенная в 2022 году, имеет пропускную способность 256 ГБ/с с частотой 32 ГГц и поддержкой 64 ГТ/с. Скорость передачи данных выражается как число транзакций в секунду, а не как битовая скорость. Это связано с тем, что схема кодирования преобразует биты данных в большее количество передаваемых символов, чтобы сократить долю ошибок передачи за счет увеличения количества передаваемой информации. В спецификациях PCIe 1.0 и 2.0 используется схема кодирования 8b/10b, тогда как в спецификации 3.0 удалось существенно сократить избыток передачи за счет схемы кодирования 128b/130b. Доля ошибок передачи сокращается за счет уравновешивания нулей и единиц и ограничения дисбаланса (в течение длительного времени достигается соотношение 50:50 для битов «0» и «1»).
Схема кодирования 128b/130b сокращает избыток передачи с 25% до 1,5%, при этом также снижается необходимость в коррекции ошибок в протоколе передачи. В версию PCIe 3.0 было добавлено выравнивание приемника в целях компенсации внутриканальной частотной характеристики на более высоких частотах. С помощью сложных алгоритмов создаются цифровые фильтры, соответствующие потерям в канале на приемнике.
Для соединения по PCIe используется одна или несколько линий в слоте. Каждая линия обеспечивает дифференциальную передачу сигнала через проводник передачи и проводник приема, т. е. каждая линия представляет собой дуплексную систему для передачи пакетов данных. Возможное количество линий в слотах PCIe: 1, 2, 4, 8, 16 или 32. Количество линий записывается с приставкой «х» (например, «х16» обозначает плату или слот с 16 линиями), при этом «х16» является максимальной конфигурацией при стандартном использовании. Слот х1 передает данные в виде 1 бита за цикл, а слот х16 передает данные в виде 16 битов за цикл. С точки зрения слотов и спецификаций PCIe обладает полной обратной совместимостью, при этом скорость передачи данных определяется размером меньшего слота и низшей спецификацией.
Коммерческая реализация PCIe на несколько версий отстает от новейшего стандарта. В настоящее время число материнских плат с PCIe 3.0 по-прежнему превышает число материнских плат с PCIe 4.0, которое в свою очередь превосходит аналогичный показатель для PCIe 5.0. Количество приложений, в которых требуются скорости передачи данных свыше 16 ГТ/с, строго ограничено. В простых процессорах, которые работают в большинстве промышленных и коммерческих устройств, PCIe 1.0 обеспечивает более чем достаточные рабочие характеристики.
