當 AI 數據中心的算力需求呈指數級爆發，PCIe? 6.0 已然成為那條不可或缺的“高速公路”。但你是否想過，當雙向帶寬狂飆至 512 GB/s（PCIe? 7.0 規范），信號傳輸的每一個微小抖動都可能引發風暴？速度的躍升帶來了前所未有的測試復雜度，工程師們急需一雙能夠“透視”高速通道的眼睛。今天，我們就來聊聊這雙“火眼金睛”——PCIe 協議分析儀，看它如何在不降低信號完整性的前提下，幫你洞悉數據傳輸的每一個細節。

本文將系統介紹 PCIe 協議測試的基礎知識、協議分析儀的核心功能與工作原理，并探討其如何助力解決 PCIe 驗證過程中的技術挑戰。

什么是協議分析儀？

圖1：是德科技P5570A PCIe 6.0 協議分析儀，P5573A PCIe 6.0 訓練器，兩者均固定在底部的測試背板上

在電子測量領域，PCIe協議分析儀的作用是捕獲并解析PCIe總線上的數據包，用于性能評估、故障排查、兼容性測試和系統優化，是開發、調試和驗證PCIe設備不可或缺的工具。它用極高信號保真度的interposer 把PCIe鏈路上的所有協議流量捕獲下來，通過同時洞察 PHY/DLLP/TLP 三層的行為，分析儀可以完整監控整個系統在訓練、數據交換與錯誤恢復過程中的真實運行狀態。

表1：PCIe總線數據包主要內容

對于工程師而言，理想的協議分析儀需要具備完全透明性，這樣它就不會因其自身電路或電纜引入額外的信號完整性誤差，也不會影響任何通信系統的功能。此外，它還應具有極低的延遲并且幾乎沒有性能損耗。工程師可以選擇使用專用的硬件儀器、通用儀器的內置軟件功能，或者離線分析軟件。每種方式都有其各自的優缺點，如下所述：

圖2：專用 PCIe 協議分析儀與訓練器硬件

專用協議分析儀與訓練器硬件能提供最嚴格、最深入的測試與分析能力。例如，在上圖所示場景中，是德科技P5570A PCIe 6.0 協議分析儀這類專用 PCIe 協議分析硬件，可捕獲根復合體（Root Complex）與外圍設備之間的 PCIe 通信數據，且不會引入任何干擾或信號完整性誤差。它會將捕獲到的數據實時傳輸至另一臺計算機進行分析和可視化處理。借助是德科技PCle 6.0 協議分析儀（P5570A）及訓練器（P5573A）這類專用協議硬件，可對根復合體、外圍設備，或兩者同時進行嚴格且精準的仿真。這種專用硬件儀器組合，能夠對相關場景及邊界情況進行全面的功能與性能測試。

示波器等通用儀器也具備協議解碼功能。不過，這類功能雖便于快速進行功能檢查，卻可能不具備專用硬件所擁有的深入、全面的分析能力。例如，是德科技InfiniiVision 系列示波器可捕獲車載網絡協議，其設備內置的軟件組件能將捕獲到的比特流解碼為特定協議的指令與數據，并直接顯示在儀器屏幕上。是德科技 Infiniium UXR 系列示波器也有針對 PCIe 及其他高速數字標準的類似協議解碼軟件。

協議分析儀適用的場景

PCIe 協議分析儀與訓練器可支持對多種設備拓撲結構的測試，以下是常見的測試應用場景：

圖3：適用于不同使用場景的 PCIe 協議分析儀與訓練器配置示意圖

分析根復合體與端點設備間的 PCIe 通信：將分析儀部署在物理根復合體（Root Complex）與 PCIe 端點設備（Endpoint Device）之間，測試二者的互操作性。

仿真根復合體以測試端點設備：由訓練器仿真根復合體，將其與協議分析儀連接，分析儀再與被測件相連。這種配置可幫助設備制造商進行 PCIe 一致性測試。

仿真端點設備以測試根復合體（RC）：由訓練器仿真各類端點設備，并與分析儀連接；待測試根復合體則連接至分析儀的另一端。通過這種方式，可讓根復合體接收來自不同設備的多種 PCIe 通信信號，從而完成對根復合體的測試。

PCIe 協議測試面臨哪些挑戰？

在下一代 AI 數據中心中測試 PCIe 協議，主要面臨 三大關鍵挑戰。

01在不丟失數據情況下捕獲高數據速率

PCIe 6.0 的高速數據傳輸（雙向速率均高達 256 GB/s）對測試儀器提出了高要求，需要借助高速儀器實現無丟失的數據捕獲。

02保持信號完整性且不受干擾

高速數據傳輸會導致信號反射與串擾，因此，防止信號劣化和通道損傷至關重要，但與此同時，協議分析儀在測試系統中需實現“無存在感”工作：既不能無意中改善已存在的信號劣化問題，也不能對時序誤差進行修正（需如實反映原始信號狀態，以確保測試結果準確）。

03可視化復雜的協議事務

每一代 PCIe 規范都會引入更復雜的事務處理機制，因此必須具備先進的解碼與分析能力，才能跟上協議復雜度的升級步伐。

協議分析儀如何工作？

01. PCIe 協議分析儀如何解碼并呈現捕獲的流量？

為進行有效調試與故障排除，是德科技P5570A 協議分析儀及其配套的 P5500 軟件，會通過友好的圖形用戶界面（GUI）呈現所有協議層的詳細信息。底層鏈路初始化是關鍵流程，也是諸多錯誤的源頭。如下所示，通過LTSSM 視圖查看狀態變化，設備底層運行情況一目了然。

圖4：LTSSM 視圖

鏈路建立后，通道視圖（Lane View）可深入呈現底層數據傳輸情況——如圖所示，該視圖能顯示每條 PCIe 通道（Lane）中正在傳輸的精確符號（Symbol）及其對應的兩位序列（Two-bit sequences），幫助工程師直觀觀察物理層的信號傳輸細節（如符號完整性、傳輸順序）。

圖5：通道視圖

FLIT發送是否正常？FEC與循環冗余校驗（CRC）功能是否無誤？這些問題可以通過查看如下的 FLIT 視圖來解答——該視圖可清晰展示 FLIT 的結構（頭部、數據、尾部）、嵌入的 FEC 編碼與 CRC 編碼，以及相關校驗結果，幫助工程師快速判斷數據在物理層傳輸中的完整性與糾錯機制有效性。

圖6：FLIT 視圖

高層事務（High-level Transactions）可通過事務解碼界面（Transaction Decode Screen）進行分析——該界面會將物理層傳輸的原始數據解碼為事務層可識別的事務層數據包（TLP），清晰展示讀/寫操作的地址、數據長度、事務類型及狀態等關鍵信息，助力工程師排查事務層的協議交互問題（如異常 TLP 格式、事務響應超時等）。

圖7：事務解碼界面

事務相關的TLP與DLLP可在如下所示的數據包視圖（Packet View）與流量概覽界面（Traffic Overview Screen）中查看：

數據包視圖：會逐一展示每個 TLP 和 DLLP 的完整結構（如頭部字段、有效載荷、校驗碼），便于工程師核查單個數據包是否符合 PCIe 協議規范；

流量概覽界面：則以宏觀視角呈現一段時間內的 TLP、DLLP 傳輸總量、速率及錯誤包占比，幫助快速定位流量異常（如突發丟包、錯誤包激增）的時間節點。

圖8：數據包與流量概覽界面

PCIe 性能測試與功能驗證同樣關鍵。如圖所示，性能視圖（Performance View）會展示關鍵的時序與速率指標（如事務響應延遲、每通道實際傳輸速率、帶寬利用率等），幫助工程師精準識別性能瓶頸（例如，響應延遲過長導致的傳輸卡頓、帶寬未達設計值等問題）。

圖9：性能概述

02. PCIe 協議分析儀如何處理前向糾錯（FEC）？

P5570A 和 P5573A 這樣的協議分析儀與訓練器在設計時采用了以下策略，確保不會對前向糾錯（FEC）機制的功能或性能產生影響：

非侵入式設計：該設備完全不會修改或干擾FEC過程。其設計旨在確保對PCIe鏈路實現完全透明（即鏈路無法感知分析儀的存在，不影響鏈路正常交互）。

低延遲攔截：為滿足 PCIe 性能標準，FEC延遲必須低于 2 ns。協議分析儀的設計符合這些嚴苛的延遲要求，確保工程師能夠準確掌握鏈路真實的性能表現。

支持流量控制與信號傳輸技術升級：協議分析儀與訓練器的設計可適配 PCIe 6.0 的技術改進，如固定大小的 FLITs 幀與 PAM4 信號調制，這些改進對于FEC過程至關重要。

糾錯效果監測：P5570A 等高端協議分析儀能夠監測 FEC 的有效性，可分析 FEC 各步驟的狀態，并核查 FEC 糾錯是否成功、循環冗余校驗（CRC）是否通過。

全面測試自動化：要有效驗證 FEC 性能，需借助完善的測試自動化功能開展壓力測試與仿真 —— 在各類場景下對 FEC 進行測試。這包括通過應用程序接口（API）刻意改變信號條件、注入錯誤，以此評估 FEC 的抗干擾能力（穩健性）。

是德科技PCIe協議分析儀解決方案

圖10：PCIe 5.0協議分析儀及訓練器（左）PCIe 6.0協議分析儀及訓練器（右）

是德科技的PCIe5.0/6.0協議分析儀和訓練器采用了創新的CEM卡外形設計，將分析儀和內插器(Interposer)整合在一起，可以憑借其高信號完整性能為 PCIe 設備提供最精準的數據分析。工程師們從而可以專注于設備本身的調試工作，無需擔憂測試儀器是否引入新問題或覆蓋已有問題。

圖11：PCIe 6.0端到端解決方案

是德科技一直致力于突破性測量技術的研發，不斷突破高速數字技術的創新邊界。下一代PCIe 7.0?互連技術，將使每個引腳的數據傳輸速度提高到 128 GT/s ——雙向傳輸帶寬將高達512?GB/s。PCIe 7.0?性能翻倍的背后，是工程復雜度與部署挑戰的直線上升，從信號完整性、電路板設計，到系統散熱與能耗控制等各個方面對系統平臺提出了更嚴苛的要求。是德科技提供從設計仿真到物理層收發端以及協議分析測試一站式解決方案，助力屏幕前的你們成功解決PCIe技術難題。