Adapté du webinaire Comment déboguer la gestion de l'alimentation PCI Express et les comportements de liaison dynamique de Patrick Connally et Gordon Getty
Introduction
La gestion de l'alimentation est une considération clé pour PCI Express® (PCIe®). Par conséquent, PCIe spécifie l'état de faible consommation L1. Lorsqu'une liaison est en L1, aucun transfert de données n'a lieu dans les deux sens, de sorte qu'un périphérique PCIe à l'état L1 consomme moins d'énergie que lorsqu'il est à l'état L0 actif.
Les sous-états L1 (désignés L1.1 et L1.2, avec le L1 d'origine renommé L1.0) offrent des économies d'énergie encore plus importantes que L1, une caractéristique particulièrement importante pour les ordinateurs portables, tablettes et autres appareils alimentés par batterie. Les concepteurs d'appareils doivent mesurer la consommation d'énergie pendant les états de faible puissance pour évaluer les compromis et optimiser les performances.
Ceci est difficile à faire en utilisant soit un analyseur de protocole soit un oscilloscope seul. Les analyseurs de protocole peuvent se déclencher sur des séquences d'événements et effectuer des captures très longues, mais ils ne peuvent pas capturer d'événements analogiques. Les oscilloscopes peuvent capturer des événements analogiques, mais les acquisitions sont très courtes et difficiles à corréler aux événements protocolaires. Heureusement, les deux instruments se complètent très bien pour examiner les événements déclenchés par des processus de couche supérieure, mais qui ont un effet sur la couche physique, comme les sous-états L1. La Teledyne LeCroy CrossLa structure logicielle Sync™ PHY pour PCIe synchronise le déclenchement, l'acquisition et l'analyse sur les deux instruments pour fournir une visibilité totale sur la liaison.
Les exemples de cette note d'application montrent comment effectuer des mesures de consommation d'énergie pour les sous-états L1 en fonction des états logiques de la couche liaison de données ou du sous-bloc logique de la couche physique et des formes d'onde correspondantes au niveau du sous-bloc électrique de la couche physique.
Présentation des sous-états L1
Un périphérique passe à l'état L1 via l'un des deux mécanismes suivants : Active State Power Management (ASPM) ou PCI Power Management (PCI-PM). Un appareil indiquera sa prise en charge des sous-états L1 et des mécanismes d'entrée dans son espace de configuration, et il utilisera le signal de demande d'horloge (CLKREQ #, affirmé lorsqu'il est bas) pour la sortie et l'entrée dans un sous-état L1.
La couche de liaison de données dans la pile de protocoles PCIe gère les tâches de gestion des liaisons telles que l'initialisation des crédits de contrôle de flux, la mise à jour des crédits de contrôle de flux lorsque la liaison est active dans l'état L0, et les mécanismes d'accusé de réception et d'accusé de réception négatif. pour s'assurer que les paquets conservent leur intégrité sur la liaison. La couche de liaison de données gère également les demandes d'entrée dans L1 et ses sous-états pour un fonctionnement à faible consommation.
Mesure de la puissance du sous-état L1
Pour effectuer des mesures de puissance de sous-état L1, vous utilisez un analyseur de protocole PCIe tel que le Teledyne LeCroy Summit T54 avec un oscilloscope tel que le Teledyne LeCroy LabMaster 10Zi-A. De plus, un interposeur surveille les communications avec l'appareil testé et fournit des données à l'analyseur de protocole ainsi qu'à l'oscilloscope.
Nous voulons mesurer la consommation d'énergie d'un appareil dans chaque état : pendant L0 (avant de passer à l'état de faible puissance), pendant le sous-état de faible puissance, puis en L0 lorsqu'il sort du sous-état de faible puissance. Nous allons examiner ces trois sections différentes présentées sur un chronogramme et mesurer la consommation d'énergie de l'appareil, ce qui nécessite une configuration de sondage différente de celle utilisée pour les mesures de synchronisation.
L'oscilloscope doit être configuré pour acquérir quatre signaux : données PCIe haute vitesse en amont sur C2 et données en aval sur C3, et tension et courant de rail sur C1 et C4. Il peut être configuré avec une base de temps assez longue à un taux d'échantillonnage réduit (nous avons utilisé 10 GS/s), puisque nous nous intéressons principalement aux signaux de puissance sur C1 et C4.
Configurez l'analyseur de protocole pour déclencher l'oscilloscope au début de l'état de faible puissance lorsque la demande d'horloge est désactivée.
La configuration de la sonde pour les mesures de puissance diffère légèrement de celle des mesures de synchronisation. À l'aide de sondes différentielles à large bande passante, nous sondons les données en amont de la voie 0 et les données en aval de la voie 0 (C2 et C3), afin que nous puissions voir l'activité sur au moins une des voies à grande vitesse. Nous sondons également la tension du rail au moyen de l'interposeur CrossSync PHY, qui donne accès au rail d'alimentation 3.3 V de l'appareil (nous avons utilisé la sonde de rail de tension active Teledyne LeCroy RP4030 sur C1). Un shunt série permet la mesure du courant (C4), nous permettant de regarder la tension et le courant du rail en temps réel.
Notez que le périphérique n'est pas alimenté par l'interposeur, bien qu'il puisse être sondé à partir de l'interposeur ; il tire toujours sa puissance de l'hôte, ce qui nous permet de faire une analyse de puissance dynamique.
Nous avons configuré une trace de fonction mathématique d'oscilloscope (F2) pour calculer la consommation d'énergie en tant que tension de rail mesurée multipliée par le courant de rail mesuré (C1 * C4).
Notre première mesure de puissance a lieu avec le lien en L0, avant que l'appareil ne soit entré en L1. La fonction mathématique multiplie C1 par C4 pour calculer la consommation d'énergie à l'état L0 avant l'annulation de CLKREQ#. Dans notre exemple, la valeur est de 2.144 W. En entrant dans L1.2 pendant une période d'environ 16 ms, les signaux en amont et en aval deviennent électriquement inactifs et la consommation d'énergie descend à moins de 200 mW - la puissance a été réduite de plus de un facteur 10.
Lorsque le lien quitte L1.2, le port en aval peut devenir actif tandis que le port en amont reste inactif, ce qui entraîne une consommation d'énergie d'environ un demi-watt. Lorsque la liaison est complètement de retour à l'état actif avec les ports en amont et en aval actifs, la consommation d'énergie augmente à 2.352 W.
Conclusion
Les sous-états L1 peuvent fournir des économies d'énergie considérables sur les liaisons PCIe. La combinaison de l'oscilloscope, de l'analyseur de protocole, de l'interposeur et CrossLe logiciel Sync PHY pour PCIe offre un moyen efficace de naviguer vers n'importe quel point du fonctionnement de la liaison pour effectuer des mesures de consommation d'énergie, ainsi que pour enquêter sur des conditions telles que la chute de tension sur le rail et d'autres problèmes d'intégrité de l'alimentation.
Plus d'informations sur Teledyne LeCroy CrossLe logiciel Sync PHY est disponible sur notre site Web.
