CN109586964A - 双向通信的本地端口及端口训练方法 - Google Patents

双向通信的本地端口及端口训练方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种双向通信的本地端口及端口训练方法。该端口训练方法包括：接收与链路伙伴端口的发送预设值相关的测试数据；在禁用和启用接收模块训练的两个阶段进行误码监控，分别获得与链路伙伴端口的发送预设值相关的第一误码率，以及与链路伙伴端口的发送预设值和本地端口的优化接收配置参数相关的第二误码率；根据所述第一误码率和所述第二误码率，从链路伙伴端口的多个发送预设值中选择优化发送预设值。该端口训练方法可以减少训练时间和硬件需求，以及改善端口兼容性。

Description

双向通信的本地端口及端口训练方法
技术领域
本申请涉及数据通信领域，更具体地，涉及双向通信的本地端口及端口训练方法。
背景技术
电子设备的端口连接至光纤或同轴电缆，以实现设备间高速通信，包括光交换设备、路由器、交换机等。在电子设备内还存在着芯片间通信。设备间通信的距离例如在约0.1至约10米之间，芯片间通信的距离例如在1微米至0.1米之间。电子设备例如包括高速背板(backplate)或高数据速率芯片，经由端口发送和接收数据。
在背板上用于高速数据通信的端口包括收发器，例如SerDes(即串行器/解串器，这是一种在发送数据时进行并串转换以及在接收数据时进行串并转换的信号转换装置)。采用高速串行接口来取代传统的并行总线接口有明显的优势，例如增加带宽、减少信号数量、减少布线冲突、降低开关噪声、降低功耗和封装成本等，因此在支持不同协议的端口中SerDes装置都得到广泛的应用，例如PCI、PCI Express、ATA、SATA。
在工作期间，本地端口和链路伙伴端口经由SerDes装置之间建立彼此之间的通信链路。SerDes装置主要包括锁相环模块PLL、发送模块TX、接收模块RX。为了方便维护和测试，还会包括控制和状态寄存器、环回测试、PRBS(伪随机码)测试等功能。在本地端口和链路伙伴之间进行数据发送和接收。本地端口的链路层采用专门的硬件设计实现不同的测试功能，例如，BIST(内建自测试)测试和高速I/O测试。SerDes装置高速通信的训练，包括根据BIST测试结果进行误码监控，以获得本地端口和链路伙伴中的均衡器预设值。
然而，上述端口训练方法仅适用于支持特定协议的专用硬件，由于训练序列的长度限制难以兼容不同协议的端口，在误码监控的过程中要求高速率数据通信。
发明内容
有鉴于此，本申请提出一种双向通信的本地端口及端口训练方法，其中，本地端口遍历链路伙伴端口发送配置的预设值，根据禁用和启用接收模块训练的两个阶段的误码率之和，选择链路伙伴端口发送配置的优化发送预设值，从而减少训练时间和硬件需求，以及改善端口兼容性。
根据本发明的第一方面，提供一种双向通信的端口训练方法，包括：接收与链路伙伴端口的发送预设值相关的测试数据；在禁用和启用接收模块训练的两个阶段进行误码监控，分别获得与链路伙伴端口的发送预设值相关的第一误码率，以及与链路伙伴端口的发送预设值和本地端口的优化接收配置参数相关的第二误码率；根据所述第一误码率和所述第二误码率，从链路伙伴端口的多个发送预设值中选择优化发送预设值。
优选地，在禁用接收模块训练的阶段中，采用固定接收配置参数设定本地端口的接收模块。
优选地，所述固定接收配置参数用于设定所述接收模块的均衡器增益为固定值。
优选地，所述接收模块的均衡器包括CTLE模块、DFE模块、VAG模块中的至少一种。
优选地，在禁用接收模块训练的阶段中，所述均衡器的增益小于5dB。
优选地，选择优化发送预设值的步骤包括：对于所述多个发送预设值，分别计算所述第一误码率与第二误码率之和，选择所述第一误码率与第二误码率之和的最小值相对应的发送预设值，作为优化发送预设值。
优选地，在接收测试数据之前，还包括：将发送预设值请求发送给链路伙伴端口，以使链路伙伴端口从发送预设值请求中提取用于发送测试数据的发送预设值。
优选地，还包括：本地端口将所述优化发送预设值发送给链路伙伴端口。
优选地，所述优化发送预设值用于设定链路伙伴端口的发送模块在正常通信期间的均衡器增益。
优选地，所述优化接收配置参数用于设定本地端口的接收模块在正常通信期间的均衡器增益。
根据本发明的另一方面，提供一种双向通信***的本地端口，包括：链路层，用于接收和发送数据；以及SerDes模块，包括与链路层相连接的接收模块和发送模块，分别将经由通信介质接收的通信数据转换成链路层的接收数据，以及将链路层的发送数据转换成经由通信介质发送的通信数据，所述通信数据为串行数据，其中，在训练期间，所述本地端口接收与链路伙伴端口的发送预设值相关的测试数据；在禁用和启用接收模块训练的两个阶段进行误码监控，分别获得与链路伙伴端口的发送预设值相关的第一误码率，以及与链路伙伴端口的发送预设值和本地端口的优化接收配置参数相关的第二误码率；根据所述第一误码率和所述第二误码率，从链路伙伴端口的多个发送预设值中选择优化发送预设值。
优选地，在禁用接收模块训练的阶段中，采用固定接收配置参数设定本地端口的接收模块。
优选地，所述接收模块包括以下至少一种均衡器：CTLE模块、DFE模块、VAG模块。
优选地，所述固定接收配置参数用于设定所述接收模块的均衡器增益为固定值。
优选地，在禁用接收模块训练的阶段中，所述均衡器的增益小于5dB。
优选地，还包括：第一配置模块，在端口训练期间检测不同发送预设值下的误码率及优化接收配置参数；以及第二配置模块，根据误码率的检测结果选择优化发送预设值，其中，对于所述多个发送预设值，第二配置模块分别计算所述第一误码率与第二误码率之和，选择所述第一误码率与第二误码率之和的最小值相对应的发送预设值，作为优化发送预设值。
优选地，本地端口的发送模块将所述优化发送预设值发送给链路伙伴端口。
优选地，所述优化发送预设值用于设定链路伙伴端口的发送模块在正常通信期间的均衡器增益。
优选地，所述优化接收配置参数用于设定本地端口的接收模块在正常通信期间的均衡器增益。
根据该实施例的端口训练方法，根据在启用和禁用接收模块训练的两个阶段进行误码监控的结果，迭代相应地调节接收模块的接收配置参数，然后根据多个发送预设值的迭代测试的测试结果，选择最优发送预设值和相应的接收配置参数，分别用于链路伙伴端口的发送优化和本地端口的接收优化。该端口训练方法可以减少BIST功能的电路硬件设计和面积成本。
附图说明
通过参照以下附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出双向通信***的示意性框图。
图2示出根据本发明实施例的端口训练方法的流程图。
图3示出根据本发明实施例的端口训练方法中遍历多个发送预设值的数据模式。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程没有详细叙述。另外附图不一定是按比例绘制的。
附图中的流程图、框图图示了本发明实施例的***、方法、装置的可能的体系框架、功能和操作，流程图和框图上的方框可以代表一个模块、程序段或仅仅是一段代码，所述模块、程序段和代码都是用来实现规定逻辑功能的可执行指令。也应当注意，所述实现规定逻辑功能的可执行指令可以重新组合，从而生成新的模块和程序段。因此附图的方框以及方框顺序只是用来更好的图示实施例的过程和步骤，而不应以此作为对发明本身的限制。
图1示出双向通信***的示意性框图。双向通信***中使用的电子设备可以是计算机、现场可编程门阵列、存储***中的任意一种。电子设备的链路层是标准化互连通信***模型的第二层，提供接收和发送数据的电子设备与SerDes模块之间的接口。电子设备的SerDes模块实现并行数据与串行数据之间的相互转换。
在双向通信***中用于提供数据的电子设备以本地端口100来表示，用于使用数据的电子设备以链路伙伴端口200来表示。
本地端口100包括链路层和SerDes模块。SerDes模块包括接收信道上的接收模块101和数据解串器102、以及发送信道上的数据串行器111、发送模块112。
接收模块101包括均衡模块1011、数据采集器1012、RX适配模块1014和CDR(时钟及数据恢复)模块1015。均衡模块1011例如包括CTLE(连续时间线性均衡器)模块、DFE(判决反馈均衡器)模块、VAG(可变增益均衡器)模块。
在训练期间，接收模块101从通信介质上接收测试数据，并且通过迭代选择发送预设值，在每次迭代时调整其中的均衡器来适配所接收的数据，以最小化与发送数据和接收数据之间的差异。在训练结束时，本地端口100可以选择优化发送预设值，以及优化均衡模块1011的配置参数，例如各个均衡器的可调增益系数。
在接收期间，接收模块101从通信介质上接收通信数据，数据解串器102将串行数据转换为提供给相应链路层的并行数据。
在发送期间，数据串行器111将来自相应链路层的并行数据转换为经发送滤波器滤波的串行数据，发送模块112将滤波后的串行数据驱动到相应的通信介质上。
本地端口100的链路层包括第一配置模块121和第二配置模块122。第一配置模块121在端口训练期间检测不同发送预设值下的误码率及优化接收配置参数，第二配置模块122根据误码率的检测结果选择优化发送预设值。本地端口100将选择的优化发送预设值发送给链路伙伴端口200。
链路伙伴端口200具有与本地端口100相对应的功能模块。链路伙伴端口200包括链路层和SerDes模块。链路层包括配置模块221，用于读取预设值(PRESET)更新链路伙伴端口的发送配置。SerDes模块包括接收模块201和发送模块211。
在训练期间，链路伙伴端口200从本地端口100接收到选择的发送预设值，以及采用发送预设值设定发送模块211的配置参数，然而经由发送模块发送测试数据。在训练结束时，链路伙伴端口200从本地端口100接收优化发送预设值，以及采用优化发送预设值设定发送模块211的配置参数。
在接收期间，接收模块201从通信介质上接收通信数据以及提供给相应链路层。
在发送期间，发送模块211将通信数据驱动到相应的通信介质上。
在双向通信***中，在训练期间需要使用与BIST功能相关的硬件进行误码监控，才能获得本地端口和链路伙伴中的均衡器预设值。然而，现有的端口训练方法仅适用于支持特定协议的专用硬件，由于训练序列的长度限制难以兼容不同协议的端口。例如，在训练期间的误码率实际上是10-12级别，为了监测到误码，计数器的硬件要求较高，训练时间也较长。在误码监控的过程中要求高速率数据通信。
根据本发明实施例的端口训练方法在每次迭代中采用两阶段误码监控，第一阶段禁用接收模块训练以快速获得发送预设值相关的误码率，第二阶段启用接收模块训练以获得优化接收配置参数。在迭代执行多个发送预设值的测试之后，选择优化发送预设值提供给链路伙伴端口，并且采用相应的优化接收配置参数设定本地的接收模块。
进一步地，可以预先设定在第一阶段采用的固定接收配置参数，从而提高第一阶段的误码率。例如，CTLE(连续时间线性均衡器)的峰值增益设定为小于等于5dB，例如固定为3dB，在训练期间的误码率可以控制为10-6级别。为了监测到误码，计数器的硬件要求相应降低，训练时间也相应缩短，并且可以降低在误码监控的过程中数据通信的速率。
图2示出根据本发明实施例的端口训练方法的流程图。
在步骤S101中，开始端口训练，本地端口100向链路伙伴端口200发送预设值请求。
在该步骤中，本地端口100将初始预设值发送至链路伙伴端口200。链路伙伴端口200的发送模块211具有根据预设值(PRESET)调节的发送配置参数(TX setting)。在PCIeGen3/4标准中，共有10个预设值。初始预设值是10个预设值之一。
链路伙伴端口200接收到初始预设值之后，根据初始预设值设定发送模块211的配置参数，然后经由发送模块211发送测试数据。
在步骤S102中，本地端口100的接收模块100经由通信介质接收测试数据。
在步骤S103中，本地端口100禁用接收模块训练，进行误码监控以获得与发送值相关的第一误码率。例如，第一配置模块121向接收模块101提供固定接收配置参数，从而提高第一阶段的误码率。例如，CTLE(连续时间线性均衡器)的峰值增益设定为小于等于5dB，例如固定为3dB，使得误码率可以控制为10-6级别。
在步骤S104中，本地端口100启用接收模块训练，进行误码监控以获得第二误码率。例如，第一配置模块121向接收模块101提供多个不同的接收配置参数，以获得第二阶段的误码率。接收模块训练包括根据误码率动态调整接收配置参数，直至误码率收敛为较小值。第二阶段启用接收模块训练以获得优化接收配置参数。因此，第一配置模块121获得了与发送预设值相对应的优化接收配置参数，以及与发送预设值和优化接收配置参数二者相关的误码率。
在步骤S105中，本地端口100计算出第一误码率与第二误码率之和。
在步骤S106中，本地端口100判断是否已经遍历链路伙伴端口200的发送预设值。如果否，则返回步骤S101，重复步骤S101至S105。如果是，则进一步执行步骤S107。
在步骤S107中，第一配置模块121，根据在启用和禁用接收模块训练的两个阶段进行误码监控的结果，获得链路伙伴端口200的优化发送预设值。例如，该优化发送预设值例如是第一误码率与第二误码率之和最小值相对应的发送预设值。同时，第一配置模块121还可以获得与优化发送预设值相对应的优化接收配置参数。
第二配置模块122从第一配置模块121获得链路伙伴端口200的优化发送预设值。
在步骤S108中，本地端口100经由数据串行器111和发送模块112，将优化发送预设值发送给链路伙伴端口200。
在步骤S109中，链路伙伴端口200接收到本地模块100发送的数据，从中提取优化发送预设值，并更新链路伙伴端口200的发送配置，从而结束端口训练。
根据该实施例的端口训练方法，根据在启用和禁用接收模块训练的两个阶段进行误码监控的结果，迭代相应地调节接收模块的接收配置参数，然后根据多个发送预设值的迭代测试的测试结果，选择最优发送预设值和相应的接收配置参数，分别用于链路伙伴端口的发送优化和本地端口的接收优化。该端口训练方法可以减少BIST功能的电路硬件设计和面积成本。
图3示出根据本发明实施例的端口训练方法中遍历多个发送预设值的数据模式。
如上所述，在图2所示的端口训练方法中，在步骤S103和S104中，本地端口100的第一配置模块121监控接收数据的误码率，根据在禁用和启用接收模块训练的两个阶段进行误码监控的结果，分别获得与发送预设值相关的第一误码率、以及与发送预设值和优化接收配置参数二者相关的第二误码率。
在遍历发送预设值的每次迭迭中，链路伙伴端口200的发送模块211应用特定的预定义发送模块均衡器增益(即，预设值)。在PCIe Gen3/4标准中，共有10个预设值(PRESET)。
在阶段1中，本地端口100禁用接收模块训练，采用较小的预定均衡器增益读取测试数据。例如，CTLE(连续时间线性均衡器)的峰值增益小于等于5dB，例如固定为3dB。因此，误码率BER1-1主要取决于链路伙伴端口200的发送模块211的发送均衡器增益(预设值)。
如果信号损耗很高，可以预期严重的误码率。也就是说，在阶段1中，即使样本量很小，也可以监视许多误码。由于采用较小的预定均衡器增益读取测试数据，即使误码率很高，也可以正常监控，而不能妨碍链路层的操作。
在阶段2中，本地端口100启用接收模块训练，即启用接收模块101的接收配置适配功能。因此，误码率BER1-2取决于链路伙伴端口200的发送模块211的发送均衡器增益(预设值)，以及本地端口100的接收模块101的接收均衡器增益。
即使信号损耗很高，由于已经启用接收模块101的接收配置适配功能，因此接收模块101可以适当补偿信号损耗。因此，误码率BER1-2应该非常小甚至为零，特别是当样本量很小时。
该训练方法获得的优化参数误码率BER1-1和误码率BER1-2的最小和的设置结果，包括链路伙伴端口200的优化发送预设值和本地端口100的优化接收配置参数。
在此所用的术语“模块”可以指代以下各项、作为以下各项的一部分或者包括以下各项：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)和/或存储器(共享、专用或群组)、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能性的其他合适的组件。
本领域技术人员可以理解，根据本发明的各个模块或部件可以通过硬件、固件或软件实现。软件例如包括采用JAVA、C/C++/C#、SQL等各种编程语言形成的编码程序。虽然在方法以及方法图例中给出本发明实施例的步骤以及步骤的顺序，但是所述步骤实现规定的逻辑功能的可执行指令可以重新组合，从而生成新的步骤。所述步骤的顺序也不应该仅仅局限于所述方法以及方法图例中的步骤顺序，可以根据功能的需要随时进行调整。例如将其中的某些步骤并行或按照相反顺序执行。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种双向通信的端口训练方法，包括：
接收与链路伙伴端口的发送预设值相关的测试数据；
在禁用和启用接收模块训练的两个阶段进行误码监控，分别获得与链路伙伴端口的发送预设值相关的第一误码率，以及与链路伙伴端口的发送预设值和本地端口的优化接收配置参数相关的第二误码率；
根据所述第一误码率和所述第二误码率，从链路伙伴端口的多个发送预设值中选择优化发送预设值。
2.根据权利要求1所述的端口训练方法，其中，在禁用接收模块训练的阶段中，采用固定接收配置参数设定本地端口的接收模块。
3.根据权利要求2所述的端口训练方法，其中，所述固定接收配置参数用于设定所述接收模块的均衡器增益为固定值。
4.根据权利要求3所述的端口训练方法，其中，所述接收模块的均衡器包括CTLE模块、DFE模块、VAG模块中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的端口训练方法，其中，在禁用接收模块训练的阶段中，所述均衡器的增益小于5dB。
6.根据权利要求1所述的端口训练方法，其中，选择优化发送预设值的步骤包括：
对于所述多个发送预设值，分别计算所述第一误码率与第二误码率之和，选择所述第一误码率与第二误码率之和的最小值相对应的发送预设值，作为优化发送预设值。
7.根据权利要求6所述的端口训练方法，在接收测试数据之前，还包括：
将发送预设值请求发送给链路伙伴端口，以使链路伙伴端口从发送预设值请求中提取用于发送测试数据的发送预设值。
8.根据权利要求7所述的端口训练方法，还包括：本地端口将所述优化发送预设值发送给链路伙伴端口。
9.根据权利要求1所述的端口训练方法，其中，所述优化发送预设值用于设定链路伙伴端口的发送模块在正常通信期间的均衡器增益。
10.根据权利要求1所述的端口训练方法，其中，所述优化接收配置参数用于设定本地端口的接收模块在正常通信期间的均衡器增益。
11.一种双向通信***的本地端口，包括：
链路层，用于接收和发送数据；以及
SerDes模块，包括与链路层相连接的接收模块和发送模块，分别将经由通信介质接收的通信数据转换成链路层的接收数据，以及将链路层的发送数据转换成经由通信介质发送的通信数据，所述通信数据为串行数据，
其中，在训练期间，所述本地端口
接收与链路伙伴端口的发送预设值相关的测试数据；
在禁用和启用接收模块训练的两个阶段进行误码监控，分别获得与链路伙伴端口的发送预设值相关的第一误码率，以及与链路伙伴端口的发送预设值和本地端口的优化接收配置参数相关的第二误码率；
根据所述第一误码率和所述第二误码率，从链路伙伴端口的多个发送预设值中选择优化发送预设值。
12.根据权利要求11所述的本地端口，其中，在禁用接收模块训练的阶段中，采用固定接收配置参数设定本地端口的接收模块。
13.根据权利要求12所述的本地端口，其中，所述接收模块包括以下至少一种均衡器：CTLE模块、DFE模块、VAG模块。
14.根据权利要求13所述的本地端口，其中，所述固定接收配置参数用于设定所述接收模块的均衡器增益为固定值。
15.根据权利要求14所述的本地端口，其中，在禁用接收模块训练的阶段中，所述均衡器的增益小于5dB。
16.根据权利要求11所述的本地端口，还包括：
第一配置模块，在端口训练期间检测不同发送预设值下的误码率及优化接收配置参数；以及
第二配置模块，根据误码率的检测结果选择优化发送预设值，
其中，对于所述多个发送预设值，第二配置模块分别计算所述第一误码率与第二误码率之和，选择所述第一误码率与第二误码率之和的最小值相对应的发送预设值，作为优化发送预设值。
17.根据权利要求11所述的本地端口，其中，本地端口的发送模块将所述优化发送预设值发送给链路伙伴端口。
18.根据权利要求11所述的本地端口，其中，所述优化发送预设值用于设定链路伙伴端口的发送模块在正常通信期间的均衡器增益。
19.根据权利要求11所述的本地端口，其中，所述优化接收配置参数用于设定本地端口的接收模块在正常通信期间的均衡器增益。
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