Měření na USB, SATA a PCIe PMN (Pokročilé metody návrhu)
Cvičení č. 11 (v1.0)
Petr PFEIFER
Liberec 2012/2013/2014
Úvod
Následující cvičení se zabývá moderními sběrnicemi a rozhraními, které se nacházejí v naprosté většině moderních počítačů. Během cvičení budou postupně provedena měření na různých technologiích a přípravcích. Jako vzorkovací a zobrazovací jednotka bude použitý osciloskop Agilent DSO9254A, bez kterého nelze úlohy úspěšně měřit.
Zadání
1) Prostudujte si základy USB, SATA a PCIe.
2) Seznamte se s ovládáním digitálního osciloskopu Agilent DSO9254A.
3) Nastavte osciloskop na jeho maximální využití s ohledem na hloubku vzorkovací paměti, délku záznamu, vzorkovací rychlost a nastavení triggeru.
4) Pokračujte v následujících dílčích úlohách.
Měření na USB
1) Sestavte úlohu s USB dle pokynů vedoucího.
2) Spočítejte minimální a optimální vzorkovací rychlost pro low-speed a full-speed USB:
low-speed(min.): ……… MSa/s, délka záznamu (1 GSa): ………. sekund, low-speed(opt.): ……… MSa/s, délka záznamu (1 GSa): ………. sekund, full-speed(min.): ……… MSa/s, délka záznamu (1 GSa): ….………. sekund, full-speed(opt.): ……… MSa/s, délka záznamu (1 GSa): ………...….…. sekund.
3) Nastavte osciloskop Agilent a připojte jeho vstupy na signály D+ a D- na USB kitu.
7) V záznamu osciloskopu najděte počáteční a enumerační fázi. Načrtněte její průběh s orientačními časy. Splňuje časování jednotlivých fází normu?
8) Jaké jsou použité úrovně signálu? Minimální a maximální hodnoty? Nakreslete.
9) Nalezněte v paměti záznamu bit stuffing a krátce ho vysvětlete.
10) Jaký je zcela první paket? Nakreslete a pokuste se ho dekódovat.
11) Jak často probíhá komunikace po enumerační fázi? ………. ms.
12) Jaký typ přenosu se zřejmě používá? ……….
13) Jaké jsou použité přenosové rychlosti? Ověřte z počtu příslušných vzorků zachycených v paměti osciloskopu.
14) Nalezněte v paměti záznamu paket s PID rovným 0010. O jaký paket se jedná?
Nakreslete.
15) Připravte osciloskop na nové jednorázové vzorkování a navzorkujte komunikaci na USB poté, co stlačíte klávesu SPACE na klávesnici. Nakreslete.
16) Odpojte klávesnici a připravte si USB 2.0 Flash disk. Připravte osciloskop na nové jednorázové vzorkování a navzorkujte komunikaci na USB potom, co zasunete USB Flash disk do konektoru. Nakreslete.
17) Nalezněte v záznamu navzorkované komunikace a dat bod, kdy se mění rychlost komunikace na USB. Nakreslete klíčové časové průběhy.
18) Odpojte USB zařízení a vstupy osciloskopu.
Měření na PCIe a SATA
1) Sestavte úlohu s PCIe a STA dle pokynů vedoucího.
2) Spočítejte minimální a optimální vzorkovací rychlost pro základní režim sběrnice PCI-Express x1:
min.: ……… MSa/s, délka záznamu (500 MSa): ………. sekund, opt.: ……….………… MSa/s, délka záznamu (500 MSa): ……….……. sekund, 3) Nastavte osciloskop Agilent a připojte jeho vstupy přes sondy na signály HSIp,
HSIpn, HSOp a HSOn na připraveném PCIe kitu.
4) Vytvořte virtuální třetí kanál jako rozdíl signálů HSI a HSO.
5) Ověřte hodnotu napájecího napětí (3.3 V) = ………... V
6) Nastavte jednorázový režim vzorkování a navzorkujte komunikaci na sběrnici po zapnutí testovacího PC.
7) Prohlédněte si začátek komunikace. V záznamu osciloskopu najděte začátek paketu a načrtněte průběh s orientačními časy.
8) Určete fyzickou komunikační rychlost ………Mbps.
9) Pokuste se dekódovat původní data ze zakódovaného signálu 8/10b.
10) Jakou režii způsobuje toto kódování a proč se používá? ……… %
………..
12) Určete maximální agregovanou fyzickou a logickou komunikační rychlost
………Mbps.
13) Probíhá komunikace jednosměrně nebo nezávisle obousměrně?
14) Jaké jsou průběhy napětí na sběrnici, min. a max. hodnoty, rozdílový signál?
Načrtněte.
15) Pokuste se najít a vysvětlit rozdíly v souhlasných napětích kanálů.
16) Jaký je povolený minimální a maximální rozkmit napětí na vysílači dat?
………
17) Jaké je maximální přípustné souhlasné napětí na sběrnici? Nalezněte v navzorkovaných datech maximální hodnotu souhlasného napětí a porovnejte ji s mezní hodnotou. ……… ………
………
18) Připojte druhý komunikační kanál na signály REFCLK. Nevzorkujte komunikaci a vysvětlete rozdíl.
21) Popište a vysvětlete hlavní rozdíly mezi PCIe a SATA.
………
………
………
………
………
22) Odpojte sondy a vypněte zařízení a zkušení PC.
Literatura
[ 1 ] PFEIFER, Petr.: Úvod do USB, PCI Express a SATA.
[ 2 ] PFEIFER, Petr.: Inteligentní učebna a měřicí pracoviště - Dálkové ovládání osciloskopů v AP9, ESF, TUL 2012/2013
[ 3 ] Informace o přístroji dostupné na http://www.keysight.com/en/pd-1632427-pn- DSO9254A/oscilloscope-25-ghz-4-analog-channels?cc=CZ&lc=eng
[ 4 ] Manuál přístroje DSO řady 9000 (5990-3746EN) a další dokumentace z http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5990-3746EN.pdf
