PCIe Chapter 22：連線診斷、Lane Margining 與 Flit 紀錄

從 Endpoint 的 Lane 3 開始，要依序查哪幾張圖？

【模擬資料】以下資料為教學用途建立，不代表特定硬體或平台。拓撲為 Root Port 直接連接 Endpoint，沒有 Retimer（訊號重整器），也沒有 Lane Reversal（Lane 順序反轉）。目前 Link 在 L0，以 16.0 GT/s x4 運作；兩端最大寬度均為 x8。這次觀察 Endpoint 接收 Root Port 資料的方向，指定啟用中的預設 Lane 3。

先回顧一個方向關係：Root Port 是 Downstream Port，Endpoint 的 Port 是 Upstream Port。這次要調整的是 Endpoint 的 Receiver（接收端），所以從 Endpoint 的設定空間下命令。多功能 Endpoint 只在 Function 0 放這組 Lane Margining（接收端裕量量測）能力。

這裡的 Lane 項目依預設 Lane 編號排列，不隨協商寬度或 Lane Reversal 重新編號。Maximum Link Width 決定有效項目的範圍；超出最大寬度的項目值未定義。本例另外確認 Lane 3 位於目前 x4 的啟用範圍，才對它進行測試。

來源：§7.7.10–§7.7.10.5，文件／PDF pp.1077–1083；§4.2.18.1、Figure 4-60，pp.552–553。

知道暫存器位置後，如何完成一次命令？

先完成 §4.2.18.3 的操作準備：目前速率須至少為 16.0 GT/s，待測 Lane 必須在目前 Link Width 內；Upstream Port 的 Function 電源設定須阻止 Port 進入 L1，兩端 ASPM Control（自主 Link 省電控制）須設為 00b。保存 Hardware Autonomous Speed Disable 與 Hardware Autonomous Width Disable 原值；兩端的對應欄位若可寫，均設為 1，測完再恢復。

本例以上準備都已完成，且每次只測一條 Lane。Figure 7-129 的 16-bit Control 與 Figure 7-130 的 Status 使用相對應的欄位位置；bit 7 是 RsvdP（保留原值），本例原值為 0。下表數值都是完整 16-bit 讀值，不是記憶體中的 byte 排列。

每次換命令前，先送 No Command 並等待其回覆。Table 4-63 將它定義為 Receiver=000b、Type=111b、Payload=9Ch、Usage Model=0b；本例 Control 為 9C38h。新命令須以一次不可分割的寫入更新 Control，再以一次不可分割的讀取取得 Status。核對回報的 Receiver、Type、Usage Model，以及該命令預期的 Payload；檢查 No Command 回覆時，核對 Receiver Number Status=000b、Margin Type Status=111b、Usage Model Status=0b；依 Table 7-115，Margin Payload Status 此時不作有效結果比較。

若 Link 仍在 L0 且速率至少為 16.0 GT/s，目標接收端須在收到有效命令後 1 ms 內套用並回覆；Step Margin 的回覆仍可能是準備中。§4.2.18.3 建議兩次 Status 讀取至少間隔 10 μs。新命令發出 10 ms 後仍未取得預期回覆，軟體可以宣告該接收端的 margining 失敗；這和 Configuration Write 已取得 Completion 是不同的檢查。這裡說的命令回覆，也不等同於 Data Link Layer 的 Ack。

來源：§4.2.18.2–§4.2.18.3，文件／PDF pp.557–561；Figures 7-129／7-130、Tables 7-114／7-115，pp.1082–1083。

查完能力，再向右移 5 steps，回報怎麼讀？

延續前面的模擬配置，Rx(F) 的能力回覆假設如下。下表每一列新命令之前，都已完成 No Command 交握，包括只改 Payload 的情況。Table 4-63 左半部是命令，右半部是回覆；Report 類命令的回覆 Payload 會換成所查的值。

例如 880Eh 可拆成 (88h << 8) | (001b << 3) | 110b。Report Margin Control Capabilities 的 Payload=15h，其 bit 4 是 MIndErrorSampler、bit 3 是 MSampleReportingMethod、bit 2 是 MIndLeftRightTiming、bit 1 是 MIndUpDownVoltage、bit 0 是 MVoltageSupported。bit 3=0 表示使用 sample count；bit 1=0 只表示不能分開選上下方向，並不否定 bit 0 宣告的 voltage 支援。

Step Margin 的 Payload=05h，則依 §4.2.18.1.2 解讀：本例 MIndLeftRightTiming=1，bit 6=0 選右邊、bits [5:0]=5 選步數。Table 8-12 要求位移隨步數單調增加，沒有保證每一步都是等距；因此知道 32 steps 對應最大 25% UI，仍不能把第 5 step 直接按比例換成固定時間。

回到 Status=821Eh，Payload=82h 的高兩位是執行狀態，低六位才是 MErrorCount（本次裕量測試的錯誤計數）。因為本例使用獨立錯誤取樣器，這個 2 是該取樣器偵測到的 bit errors，Link 的正常資料流可能仍然沒有錯誤。若 MIndErrorSampler=0，計數改依 §4.2.18.2 的邏輯錯誤條件解讀，例如 Port 進入 Recovery；兩種計數不能混在一起比較。

量測仍在執行時，軟體須依回報方式取得實際取樣量；本例可在完成必要交握後使用 Report MSampleCount。規格建議每個位置至少量到 10⁸ bits 再換下一步，錯誤上限已超過時例外；準備期間尚未量測，不能算進取樣量。本例尚未提供取樣量，因此這幾個 Status 只示範命令與執行狀態的讀法，還不足以完成該位置的裕量評估。單次讀到 0 errors，只描述已觀察到的樣本。

另外兩個 Step Margin 回報是：11b 表示 NAK（不支援這筆裕量命令），MErrorCount=0；00b 表示錯誤過多，接收端已自動回到正常取樣位置。使用獨立取樣器時，超過上限是否自動結束是可選行為，所以仍須讀執行狀態。硬體的 01b 準備狀態不得持續超過收到新有效命令後的 100 ms；軟體若從發命令起已等 200 ms 仍看到 01b，可以判定該接收端 margining 失敗。這裡的 NAK 是裕量命令的執行回報，與 Data Link Layer 要求重送的 Nak 不同。

來源：§4.2.18.1–§4.2.18.3、Table 4-63 Margin Commands and Corresponding Responses，文件／PDF pp.553–561；§8.4.4、Table 8-12 Lane Margining，pp.1395–1398。

讀到結果後，怎麼結束這個方向的測試？

No Command 用來分隔命令，不會自動把持續中的 Step Margin 移回正常位置。一個測試方向結束時，先完成更換命令前所需的 No Command 交握。接著依 §4.2.18.3，於 Downstream 與 Upstream Ports 依序 broadcast 下列命令，而且每一步都先確認接收端回覆，再送下一步。本例無 Retimer，回覆的接收端分別是 Root Port 的 Rx(A) 與 Endpoint 的 Rx(F)。

1. Go to Normal Settings：本例 Control=0F10h，恢復正常取樣位置。
2. No Command：本例 Control=9C38h，等待交握完成。
3. Clear Error Log：本例 Control=5510h，清除裕量量測累積的錯誤計數。
4. No Command：本例 Control=9C38h，再確認回覆。

上述 Control 的 Receiver=000b 表示 broadcast；有效回覆除 No Command 外，會帶回實際回覆者的 Receiver Number。因此 Endpoint 的 Go to Normal Settings 回覆本例是 0F16h，Root Port 的回覆則是 0F11h。命令與 Status 不必逐 bit 相同。Clear Error Log 清的是 margining 錯誤紀錄，不是清除 AER（進階錯誤回報）的全部 Status。

AER

Advanced Error Reporting，進階錯誤回報

整個測試程序完成後，恢復先前保存的自主變速／變寬 Disable 值。若量測期間速率改變，結果不準確，軟體必須退出程序並把 Control 設為 No Command，避免日後回到 16.0 GT/s 以上時意外重新啟動。若 Link 進入 Recovery，還須按獨立或共用取樣器的規則處理暫停、回到預設位置與恢復測試；僅看到再次進入 L0，無法把前後資料視為同一段連續量測。

來源：§4.2.18，文件／PDF p.550；§4.2.18.1–§4.2.18.3，pp.553–561。

Margining 與 Flit 紀錄，各自回答什麼問題？

前面的 Margining 會改變測試條件，並回報指定取樣位置的表現。若只想看傳輸期間記錄的錯誤，則按用途選下面的結構；Flit Mode（固定長度傳輸單位模式）的格式與重送原理見 Chapter 18。

Retimer 的裕量命令則由 Downstream Port 代送，透過 Control SKP Ordered Set（帶 Link 控制資訊的 SKP 序列）向下傳遞，回報向上返回。這仍是同一條 Link 內的接收端定位；本章案例的 Endpoint Rx(F) 使用自己的 Control／Status，不套用 Retimer 的代送路徑。

怎樣保存一份可以再分析的結果？

保存 Port／Function、預設 Lane、Receiver Number、速率與模式、能力回報、測試方向、步數、開始／結束時間、執行狀態、錯誤計數及取樣量。另記錄重訓練、速率改變與復原命令。這樣才能知道兩筆數據是否量到同一個位置、同一種錯誤，以及相近的樣本數。

§7.7.7 另提醒：64.0 GT/s 的 parity 錯誤記在名稱為 16.0 GT/s 的 Local／First Retimer／Second Retimer Data Parity Mismatch Status Registers。若要追蹤特定速率的錯誤，軟體應在速率改變時清除這些紀錄；先保存舊紀錄，再開始下一段觀察。

本例完成的是接收端能力查詢、單一 timing 位置的判讀與復原。完整裕量輪廓還需要逐一測其他位置、方向並取得足夠樣本。各速率參數可以不同；16.0 GT/s 的 voltage margining 是可選，32.0／64.0 GT/s 則要求支援。64.0 GT/s 的 Step Margin 同時作用於 PAM4（四階訊號）的三個眼，仍須按該速率參數解讀。這些接收端內部觀察不等同於 Chapter 21 的外部 stressed-eye 與 BER 測試，也不足以單獨宣告完整電氣符合性。

PAM4

Pulse Amplitude Modulation with 4 levels，四階脈衝振幅調變

版本與來源

本章依 PCI Express Base Specification Revision 6.0（6.0-1.0-PUB）；以下文件印刷頁與 PDF 檢視器頁碼相同。命令讀值為教學假設，未執行實機測試。