CN107040430B - 网络链路训练信息的选择性提取 - Google Patents

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Abstract

提供了网络链路训练信息的选择性提取。装置和方法通过经由对链路训练帧标记和后续协商请求/响应数据值进行模式匹配而实时连续地监控代表全双工通路两侧的多个模拟信号，来捕获串行网络链路训练协商的完整历史。该装置和方法开始时比较进入信号的数字化版本和标称模式以发现帧标记和控制信道数据，仅存储不匹配当前比较模式的那些控制信道数据值，以及进一步通过将当前比较模式更新为刚接收的新模式，来使得仅仅存储数据值中的转变，从而极大地减少了呈现给用户的数据量，但尽管如此仍保持了链路训练协商的完整实质的历史。

Description

网络链路训练信息的选择性提取
相关申请的交叉引用
本申请主张于2016年1月19日提交的、题为“SELECTIVE EXTRACTION OF NETWORKLINK TRAINING INFORMATION”的美国临时专利申请 No.62/280,662的权益，特此通过引用将该临时专利申请的公开内容全部并入本文。
技术领域
本公开涉及一种测试和测量仪器，并且更具体地涉及测试、测量和分析串行通信。
背景技术
从普及的在线社交媒体到所谓的云计算、到移动游戏、到流视频点播以及其它的信息技术和趋势，全都在帮助推动对越来越高级别的通信网络性能的不断增加的消费者需求。因此，网络运营商、在线服务提供商以及电子制造商全都被促动开发达到愈发更高带宽的网络协议，以向用户输送愈发更大量的数据。
许多当代的串行数据通信网络协议通常包括通过电线或光纤链接在一起的两个收发机。这些链路常常包括“全双工”通路，如图1中所描绘的。现代高速协议，例如100Gbps以太网，在如此高速下操作，使得协议指定链路训练程序，在所述链路训练程序中两个收发机参与通信和协商各种设置的过程，从而为经由链路通信的数据优化带宽和信号完整性。参见例如美国专利申请公开 No.2013/0343400(2013年12月26号)作为一种可能的链路训练过程的示例。还参见100Gbps以太网标准的最初版本的IEEE 802.3ba-2010，以及后续修订。
工程师需要能够快速地和容易地监控并分析这些网络链路训练会话以解决可能在训练期间发生的任何错误，并查明和纠正错误的源头。当需要能共同操作的解决方案——即当链路的一端由第一供应商制作的设备控制并且链路的另一端由第二供应商制作的设备控制时，调试链路训练会话特别受关注以确定链路训练故障可能位于何处。
发明内容
本发明的例如如下的方面解决现有技术的这些以及其它限制：
一种测试和测量仪器，包括：输入端，用于接收携带链路训练信息的多个模拟输入信号；以及链路训练信息提取器，耦合至所述输入并且构造为从多个模拟信号选择特定链路训练信息，所述特定链路训练信息包括控制信道数据，信息提取器包括：存储器，用于存储控制信道数据值，比较器，构造为相对于所存储的控制信道数据值而评估来自模拟输入信号的控制信道数据值，以及回送设施，构造为当来自模拟输入信号的控制信道数据值不匹配所存储的控制信道数据值时，将来自模拟输入信号的新的控制信道数据值存储到存储器中。
附图说明
图1是通过所公开技术的某些实现分析的典型串行通信网络的框图。
图2是根据所公开技术的某些实现的测试和测量仪器的框图。
图3是根据所公开技术的某些实现的触发电路的一部分的详细框图。
图4是根据所公开技术的某些实现的用户接口显示的屏幕截图。
图5是根据所公开技术的某些实现的链路训练控制窗口的屏幕截图示例。
图6是根据所公开技术的某些实现的分析结果的显示的详细图示。
图7是关于系数更新请求的常规控制信道数据的示例。
图8是关于状态报告响应的常规控制信道数据的示例。
具体实施方式
在图1中描绘了在高速串行通信网络中，例如100Gbps以太网中，用于监控链路训练会话的一般环境，其图示了典型网络100的单个25Gbps通路，在该网络100中第一收发机110具有发射(Tx)部分112和接收(Rx)部分114，发射(Tx)部分112和接收(Rx)部分114例如通过电线分别物理连接至第二收发机120的接收(Rx)部分122和发射(Tx)部分124。这种配置中，网络的该通路是全双工的，并且网络设备能够进行两个同时的相互“对话”。可通过将适当的测试和测量仪器(例如示波器130)连接到两个收发机110和120之间的电线并观察两个设备发送和接收的信号，来监控在该通路上的链路训练过程。
传统上，已经通过首先使用示波器130获取在链路训练过程期间通信的信号、然后在获取后传送该获取的数据至专门的分析软件，来分析链路训练过程。具体地，这种获取然后分析技术已经被用于分析和提取在链路训练过程期间交换的控制信道信息。
然而，这种传统的从示波器中的数字化模拟信号对链路训练控制信道信息进行获取后提取是非常耗费时间的。即使对于非常短的时间跨度，也需要长的记录长度来存储数字化版本的数据。例如，即使以小于示波器的最大取样率，在示波器中使用当代多核CPU来获取和后处理(例如滤波、内插、标记、解码等)覆盖40ms时间跨度的1Gbyte数字化波形，也要花费5分钟或更多。因为，例如100Gb以太网链路训练会话可能占用多一个数量级的时间来完成——即 500ms——所以使用传统获取后分析对这样的会话的分析可能花费接近一小时。此外，这些时间反映全双工通信通路的仅一半的分析。可能需要监控多个完整的通路以给出链路训练会话的完整状态，这进一步增加了使用传统方法所要求的分析时间。
尽管传统后处理方法对于获取波形仍然是很有价值的，可以通过软件工具 (例如Tektronix股份有限公司制作的高级搜索和标记、总线解码器、和DPOJET ——抖动、计时和眼图分析工具)来标记、解码以及测量所述波形——然而，这种后处理方法所要求的总时间对于合理链路训练调试任务而言太多，并且对于许多用户而言是高度不期望的。
此外注意到，使用传统分析方法产生的绝大多数的链路训练控制信道信息是冗余的，导致了示波器用户的信息超负荷。例如，单个100Gbps以太网通路在单个链路训练会话期间可能传输超过5百万个控制信道数据块——对于人类用户手动查看而言是太多的记录。
为了解决这些过多分析时间和信息超负荷的问题，图2图示了测试和测量仪器200的一个示例实施例的框图，例如Tektronix股份有限公司制造的 DPO70000SX系列示波器，其能够实现用于从模拟信号提取和分析链路训练控制信道信息的新的实时方法。
该示波器200具有进入到前端块210(例如前置放大器)的四个模拟输入信道CH1-CH4201-204。该前端块210对输入信号201-204执行放大和信号调节，并将输入信号201-204分成两个模拟信号路径211、212。一个模拟信号路径211 被路由至用于模拟信号211的数字化的模数转换(ADC)块220。ADC块220 的输出然后被路由至解复用器(demux)块230，以供在获取存储器270中存储。根据已知方法，解复用器块230响应于来自触发逻辑块260的触发信号而获取从ADC块220至获取存储器270的数字化信号，以供在显示屏上显示。第二模拟信号路径212被路由至触发电路240、250、260。首先，模拟输入信号201-204 传送至均衡化模拟缓冲块240。该缓冲块240执行高速信号212的均衡化和缓冲，之后该高速信号212被路由至串行触发FPGA250。如以下进一步描述的，该串行触发电路250从数据流212提取链路训练信息以供分析和显示，并且如果它检测到满足某种配置标准还可以生成触发输出信号251。根据已知方法，该触发信号251可以输入到触发逻辑电路260以和其它触发事件组合，来产生总触发信号261用于使得示波器200触发并获取波形至存储器中。
图3图示了图2的串行触发电路250示例实施例的结构的框图。该串行触发电路250接受模拟串行数据流241-244的总共四个信道作为输入。每个信道分别输入至串行化器-解串行化器(SerDes)数字化器块311-314。每个SerDes数字化器块311-314对模拟数据流241-244连续地采样以转换为数字数据流，然后通过对应的帧标记检测器321-324连续地监控这些数字数据流。一旦每个帧标记检测器定位到控制信道信息的开头，就继续传送控制信道信息至对应的模式比较块331-334。每个模式比较块331-334首先解码差分曼彻斯特编码的控制信道数据为16比特系数更新和16比特状态报告值，例如在图7中表格700和图8 中表格800中分别示出的那些，然后16比特系数更新和16比特状态报告值与所存储的模式进行比较。
每个模式比较块331-334然后连续地比较经解码的数据和所存储的模式。如果数据和所存储的模式不匹配，则将数据存储在输出队列中。换句话说，当每个模式比较块331-334发现经解码的数据中已有转变时，将该数据连同当时的时间戳存储在相应输出队列341-344中，所述时间戳用于记录改变何时发生。重要地，每个模式比较块331-334还通过相应回送路径335-338来将所存储的模式更新为新的经解码的数据值。因此，仅仅将数据值中的转变存储到存储器。当检测到数据值中的转变时，每个模式解码和比较块331-334还可以输出信号至统一逻辑块350，然后该统一逻辑块350可生成触发输出信号251。每个模式解码和比较块331-334还可配置为也输出“链路训练状态”至该统一逻辑块350。每当每个模式解码和比较块331-334正接收任何控制信道数据时，断言该链路训练状态。只要继续接收控制信道数据，至该统一逻辑350的输出就保持已断言。如果控制信道数据停止并且预设计时器到期，则“链路训练状态”返回解除断言状态。这允许该逻辑块350配置为在任何指定信道上的首个或最后链路训练帧上生成触发输出信号251。
尽管图2和3将串行触发电路250示出为在FPGA中实现，但是这仅仅是一个实施例。该串行触发电路可以可替换地在ASIC、可编程逻辑器件、分立电路、固件、软件或任意这些的组合中实现。
利用图2和3中图示的触发信号路径结构，通过经由对链路训练帧标记和后续协商请求/响应数据值进行模式匹配而实时连续地监控代表全双工通路两侧的多个模拟信号，示波器200可以捕获链路训练协商的完整历史。通过比较进入信号的数字化版本和模式以及通过仅存储不匹配当前比较模式的那些控制信道数据值，仅仅存储数据值中的转变。这将需要呈现给用户的数据量减少了五个数量级，从每通路大约5百万减少至50个控制信道数据值，但尽管如此，保持了链路训练协商的完整实质的历史。
输出队列341-344中存储的转变后的数据值是由示波器200上的软件可访问的。由于实时分析和滤波或者筛选(浓缩(condense))链路训练数据，因此在链路训练协商完成后可几乎立即将仅包含非冗余数据的结果表呈现给用户。所以，与使用传统获取后分析方法要求的大约一小时链路训练分析时间相比，对于500ms长的100Gbps以太网协商，这种新的分析方法的实施例允许在几秒内将数据呈现给用户。
进一步地，由于一个4-信道示波器200可监控两个全双工通路，以及由于两个这样的示波器200可以被同步并一起使用，所以使用同步技术(例如 Tektronix股份有限公司制作的UltraSync)，100Gbps以太网链路训练会话的全部四个通路例如可被监控并且在几秒内公告整个会话的结果。这种立即反馈在简化链路训练调试中是有效的。
图4图示了用于图2的示波器200的、用于显示链路训练信息的分析和提取结果的用户接口显示400的示例。显示400的上部包括波形部分410和415，示出了实际模拟信号的触发显示，已从所述实际模拟信号提取了链路训练数据。显示400的下部示出结果表格部分420，示出了已通过示波器200实时提取、解码和滤波的链路训练控制信道信息。
图5是根据所公开技术的某些实现的链路训练控制窗口500的屏幕截图的示例。示例中，用户可以选择要监控的一个或多个通路。例如，用户还可以选择是否标记帧标记、控制信道或者训练数据。
图6图示了结果表格420的示例实施例的详细视图。图6中的结果表格420 仅示出了一个数据通路的一个结果选项卡。另外的通路可在另外的选项卡上显示。为了使用户甚至更容易地读取结果表格420，表格可以颜色编码、或者以其它方式高亮某些控制信道数据值，诸如例如，一个收发机未能响应于来自另一个收发机的请求而设置系数更新值的位置。
如上所提到的，图2和3的串行触发电路250可在监控链路训练过程中，响应于在链路训练过程期间发生的某些指定事件而生成触发信号。例如，每当控制信道数据改变时，图2的示波器200可以可选地被触发来捕获通常样式的数字化波形。具体地，具有“快帧”(分段获取存储器)效用的示波器200可被用于捕获固定长度帧标记/控制信道块/训练数据队列的数字化波形的多个短记录，这些短记录可用通常方式被标记和解码，从而描画这些波形段以供利用 DPOJET或者其它示波器分析工具进行分析，来确定眼关闭、抖动等的量。实际上，考虑到在那时操作中的特定发射机系数，可以通过使用标记/或波形游标 (cursor)将DPOJET测量限制至单个链路训练(例如，PRBS)数据段，以测量实际预加强值或者其它信号特性。应该注意到，当在示波器上实现时，是信号波形的实时捕获和控制信道系数更新请求及状态报告响应的组合，提供了对特定链路训练事件之后的信号特性和链路训练期间事件的逻辑序列两者的详细分析。
例如当控制信道递减计数值达到零从而指示给定通路的链路训练完成时，在控制信道数据内发生的另外的事件也可以用于触发示波器200。可以应用另外的触发标准，例如在控制信道帧标记最后出现时触发，或者在第一个通路完成其链路训练时触发，或者仅当在所有信道上完成训练时触发，或者当控制信道系数在特定通路上改变时触发，或者当链路训练完成而一些通路的请求的系数改变没有被兑现时触发。
进一步地，根据给定的网络协议规范，一些链路训练控制信道数据转变被称为非法的，并且这些非法事件可被用于触发示波器或者在结果表格中被高亮从而向用户通知该违反。
以该方式，示波器200在不比其花费在完成链路训练过程自身上的时间多多少的时间内准确地跟踪和记录必要的链路训练协商历史(针对发射机系数更新和状态的请求和响应)以及链路训练(例如，PRBS)波形数据两者，从而显著地减少了分析时间和用户必须筛选通过的数据量，使调试高速串行网络操作更可行得多。
示例
以下提供了本文公开的技术的说明性示例。这些技术的实施例可包括以下描述的示例中的任何一个或多个以及任意组合。
示例1包括一种测试和测量仪器，包括：输入，用于接收携带链路训练信息的多个模拟输入信号；和链路训练信息提取器，耦合至所述输入并且构造为从多个模拟信号选择特定链路训练信息，该特定链路训练信息包括控制信道数据，信息提取器包括用于存储控制信道数据值的存储器、构造为相对于所存储的控制信道值而评估来自模拟输入信号的控制信道值的比较器以及回送设施，该回送设施构造为当来自模拟输入信号的信道值不匹配所存储的控制信道数据值时，将来自模拟输入信号的新的控制信道值存储到存储器中。
示例2包括示例1的测试和测量仪器，或者本文描述的任意其它示例测试和测量仪器，其中信息提取器进一步包括输出队列，该输出队列构造为当来自模拟输入信号的控制信道值不匹配所存储的控制信道数据值时，输出来自模拟输入信号的控制信道值。
示例3包括示例2的测试和测量仪器，或者本文描述的任意其它示例测试和测量仪器，进一步包括触发电路，其构造为当来自模拟输入信号的控制信道值不匹配所存储的控制信道数据值时，生成触发信号。
示例4包括示例3的测试和测量仪器，或者本文描述的任意其它示例测试和测量仪器，其中该测试和测量仪器构造为在生成触发信号之后存储从多个模拟信号创建的数字化数据。
示例5包括示例4的测试和测量仪器，或者本文描述的任意其它示例测试和测量仪器，其中触发电路构造为当生成触发信号时，对所存储的数字化数据加时间戳。
示例6包括示例3的测试和测量仪器，或者本文描述的任意其它示例测试和测量仪器，进一步包括触发电路，其构造为只要该测试和测量仪器正接收用于特定信道的链路训练信息，就抑制针对该特定信道的触发信号。
示例7包括示例3的测试和测量仪器，或者本文描述的任意其它示例测试和测量仪器，其中触发电路构造为当多个模拟输入信号包括首个链路训练帧或最后链路训练帧的指示时，生成触发信号。
示例8包括示例1-7中任一个的测试和测量仪器，或者本文描述的任意其它示例测试和测量仪器，进一步包括链路训练信息生成器，其构造为创建所存储的链路训练数据的表格。
示例9包括示例1-8中任一个的测试和测量仪器，或者本文描述的任意其它示例测试和测量仪器，其中该仪器是实时示波器，并且其中链路训练数据符合以太网协议。
示例10包括示例1-9中任一个的测试和测量仪器，或者本文描述的任意其它示例测试和测量仪器，其中该仪器是具有4-信道输入的实时示波器，其中四个信道中的每个分别耦合至四个数据半双工通路。
示例11涉及一种在耦合至串行数据链路的至少一个通路的测试和测量设备中选择某链路训练信息的方法，该方法包括存储从至少一个串行数据链路接收的控制数据值；比较新获取的关于至少一个串行数据链路的控制数据值与之前存储的控制数据值；以及只有当新获取的控制数据值不匹配之前存储的控制数据值时，存储新获取的控制数据值。
示例12涉及示例11的在测试和测量设备中选择某链路训练信息的方法，或本文描述的任何其它示例方法，进一步包括构建所存储的控制数据值的表格。
示例13涉及示例11-12的在测试和测量设备中选择某链路训练信息的方法，或本文描述的任何其它示例方法，进一步包括当新获取的关于至少一个串行数据链路的控制数据值不匹配所存储的控制数据值时，用新获取的关于至少一个串行数据链路的控制数据值替换所存储的控制数据值。
示例14涉及示例11-13的在测试和测量设备中选择某链路训练信息的方法，或本文描述的任何其它示例方法，进一步包括当来自至少一个串行数据链路的控制信道值不匹配所存储的控制信道数据值时，生成触发信号。
示例15涉及示例11-14的在测试和测量设备中选择某链路训练信息的方法，或本文描述的任何其它示例方法，进一步包括：进一步包括在生成触发信号之后，将从至少一个串行数据链路创建的数字化数据存储在获取存储器中。
示例16涉及示例11-15的在测试和测量设备中选择某链路训练信息的方法，或本文描述的任何其它示例方法，进一步包括当生成触发信号时，对所存储的数字化数据加时间戳。
示例17涉及示例11-16的在测试和测量设备中选择某链路训练信息的方法，或本文描述的任何其它示例方法，进一步包括当从至少一个串行数据链路接收的数据包括首个链路训练帧或最后链路训练帧的指示时，生成触发信号。
示例18涉及示例11-17的在测试和测量设备中选择某链路训练信息的方法，或本文描述的任何其它示例方法，进一步包括当从至少一个串行数据链路的第一串行数据链路接收的数据包括该第一串行数据链路已经结束链路训练的指示时，生成触发信号。
示例19涉及示例11-18的在测试和测量设备中选择某链路训练信息的方法，或本文描述的任何其它示例方法，其中该仪器是耦合至根据以太网协议传输的数据的两个通路的实时示波器。
如本文所使用的术语“控制器”和“处理器”意图包括微处理器、微计算机、ASIC以及专用硬件控制器。本发明的一个或多个方面可在计算机可用数据或计算机可执行指令中体现，例如在由一个或多个计算机(包括监控模块)或其它设备执行的一个或多个程序模块中体现。一般，程序模块包括例程、程序、对象、组件、数据结构等，它们在由计算机或其它电子设备中的处理器执行时执行特定任务或实现特定的摘要数据类型。
计算机可执行指令可存储在非暂态计算机可读介质上，非暂态计算机可读介质例如硬盘、光学盘、可移除存储介质、固态存储器、RAM等。如本领域技术人员将意识到的，程序模块的功能可如各种实施例中所期望那样组合或者分布。另外，该功能可整体地或部分地在固件或硬件等价物中体现，固件或硬件等价物例如集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)等。可使用特定数据结构以更有效地实现本发明的一个或多个方面，并且这样的数据结构在本文描述的计算机可执行指令和计算机可用数据的范围内是预期的。
已经以其优选实施例描述和说明了所公开技术的原理，应当清楚的是，在不背离这样的原理的情况下，可在布置和细节方面修改所公开技术。申请人要求保护落入所附权利要求的精神和范围之内的所有修改和变型。

Claims (19)

1.一种测试和测量仪器，包括：
输入端，用于接收携带链路训练信息的多个模拟输入信号；以及
链路训练信息提取器，耦合至所述输入并且构造为从多个模拟信号选择特定链路训练信息，所述特定链路训练信息包括控制信道数据，信息提取器包括：
存储器，用于存储控制信道数据值，
比较器，构造为相对于所存储的控制信道数据值而评估来自模拟输入信号的控制信道数据值，以及
回送设施，构造为当来自模拟输入信号的控制信道数据值不匹配所存储的控制信道数据值时，将来自模拟输入信号的新的控制信道数据值存储到存储器中。
2.根据权利要求1的测试和测量仪器，其中信息提取器进一步包括输出队列，所述输出队列构造为当来自模拟输入信号的控制信道数据值不匹配所存储的控制信道数据值时，输出来自模拟输入信号的控制信道数据值。
3.根据权利要求2的测试和测量仪器，进一步包括触发电路，其构造为当来自模拟输入信号的控制信道数据值不匹配所存储的控制信道数据值时，生成触发信号。
4.根据权利要求3的测试和测量仪器，其中所述测试和测量仪器构造为在生成触发信号之后存储从多个模拟信号创建的数字化数据。
5.根据权利要求4的测试和测量仪器，其中触发电路构造为当生成触发信号时，对所存储的数字化数据加时间戳。
6.根据权利要求2的测试和测量仪器，进一步包括触发电路，其构造为只要所述测试和测量仪器正接收用于特定信道的链路训练信息，就抑制针对所述特定信道的触发信号。
7.根据权利要求3的测试和测量仪器，其中触发电路构造为当多个模拟输入信号包括首个链路训练帧或最后链路训练帧的指示时，生成触发信号。
8.根据权利要求1的测试和测量仪器，进一步包括链路训练信息生成器，其构造为创建所存储的链路训练数据的表格。
9.根据权利要求1的测试和测量仪器，其中所述仪器是实时示波器，并且其中链路训练数据符合以太网协议。
10.根据权利要求1的测试和测量仪器，其中所述仪器是具有4-信道输入的实时示波器，其中四个信道中的每个分别耦合至四个数据半双工通路之一。
11.一种在耦合至串行数据链路的至少一个通路的测试和测量设备中选择某链路训练信息的方法，所述方法包括：
存储从至少一个串行数据链路接收的控制数据值；
比较新获取的关于至少一个串行数据链路的控制数据值与之前存储的控制数据值；以及
只有当新获取的控制数据值不匹配之前存储的控制数据值时，存储新获取的控制数据值。
12.根据权利要求11的选择某链路训练信息的方法，进一步包括构建所存储的控制数据值的表格。
13.根据权利要求11的选择某链路训练信息的方法，进一步包括当新获取的关于至少一个串行数据链路的控制数据值不匹配所存储的控制数据值时，用新获取的关于至少一个串行数据链路的控制数据值替换所存储的控制数据值。
14.根据权利要求11的选择某链路训练信息的方法，进一步包括当来自至少一个串行数据链路的控制信道数据值不匹配所存储的控制信道数据值时，生成触发信号。
15.根据权利要求11的选择某链路训练信息的方法，进一步包括在生成触发信号之后，将从至少一个串行数据链路创建的数字化数据存储在获取存储器中。
16.根据权利要求11的选择某链路训练信息的方法，进一步包括当生成触发信号时，对所存储的数字化数据加时间戳。
17.根据权利要求11的选择某链路训练信息的方法，进一步包括当从至少一个串行数据链路接收的数据包括首个链路训练帧或最后链路训练帧的指示时，生成触发信号。
18.根据权利要求11的选择某链路训练信息的方法，进一步包括当从至少一个串行数据链路的第一串行数据链路接收的数据包括所述第一串行数据链路已经结束链路训练的指示时，生成触发信号。
19.根据权利要求11的选择某链路训练信息的方法，其中所述测试和测量设备是耦合至根据以太网协议传输的数据的两个通路的实时示波器。
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