Fehler in eingebetteten Systemen aufspüren

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Fehlersuche bei seriellen High-Speed Daten

Oben links in Bild 1 ist eine Verbindung mit einem schnellen seriellen Bus dargestellt. Dies könnte SAS/SATA sein, um Daten an/von einem Speichermedium zu senden, es könnte sich um eine PCI-Express-Verbindung zu einer Videokarte handeln oder verschiedene andere Arten von seriellen Multi Gigabit/Sek Datenprotokollen.

Obwohl diese Datenübertragungsverbindungen prinzipiell die gleichen Basisfunktionen garantieren wie langsame Busse, so sind doch die Testmethoden zur Fehlersuche und –behebung von anderer Natur. Bei hohen Geschwindigkeiten muss die Position der Flanke sehr genau gesteuert werden, um den Spezifikationen des Standard-Komitees zu entsprechen. Im Prinzip müssen Übertragungsgerät und Empfänger kleine Variationen in der Datenrate und geringe Mengen Signalrauschen ausgleichen.

Wenn sich die Flanken jedoch zu weit verlagern oder zu stark rauschen, dann kann es zu Fehlern bei der Übertragung der Bits kommen. Bei der ersten Generation PCI-Express beträgt die Datenrate 2,5 GBit/s, ein Bit ist daher 400 ps lang. Es benötigt nicht viel Fehlstellung der Flanke, um bei einer solchen Datenrate Probleme zu verursachen. Die zweite Generation PCI-Express läuft nun mit 5 GBit/s und die Toleranzen sind entsprechend noch viel kleiner.

Im Bild 4 ist das Beispiel eines seriellen High-Speed-Datenstroms (PCI Express Gen 1). Das Oszilloskop erfasst hunderttausende von nachfolgenden Datenbits ohne Totzeit und misst dann die Position jeder Flanke. Anschließend wird die Embedded Clock wiederhergestellt und die Position jeder Datenflanke mit der lokalen Clock verglichen und die Differenz zwischen der tatsächlichen Flanke und der idealen Position entsprechend der Taktrate berechnet.

Die Zahlenkette, welche die Fehler der Position der Datenflanke definiert ist als grüner Signalzug in Bild 4 zu sehen: als Spur des Parameters Time Interval Error. Idealerweise ist diese Spur eine Menge kleiner positiver und negativer Zahlen, die wie eine gerade Linie mit einer geringen Menge Rauschen aussieht.

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