高速存儲器的調試和評估――不要僅僅停留在一致性測試上

引言：DDR4 等存儲技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)存儲器速度與功率效率空前提升，僅僅停留在一致性測試階段，已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益深入的調試和評估需求。

DDR 存儲器的測試項目涵蓋了電氣特性和時(shí)序關(guān)系，由JEDEC明確定義，JEDEC 規范并不涉及具體的測量方法，但提供了存儲設備、DRAM應遵守的一組測試參數規范，目的是保證計算機系統、服務(wù)器和移動(dòng)設備等存儲系統的一致性與互操作性。手動(dòng)測試這些參數非常耗時(shí)，因此工程師通常采用DDR一致性自動(dòng)測試軟件，該軟件由示波器廠(chǎng)商提供。隨著(zhù)存儲器速度由 DDR3 提升為 DDR4，僅提供合格/不合格結果的自動(dòng)一致性測試軟件已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足持續增加的調試和評估需求。用戶(hù)需要專(zhuān)門(mén)針對調試和評估任務(wù)設計的 DDR 調試工具，以及更快速和更高效的調試環(huán)境。而安捷倫的示波器只是作為波形采集而用。

讀寫(xiě)數據分離

JEDEC 規范根據讀寫(xiě)周期定義測試參數，意味著(zhù)用戶(hù)必須分離讀/寫(xiě)周期才能測量信號。JEDEC規范專(zhuān)為 DRAM 編寫(xiě)，因此其中大部分測試都屬于寫(xiě)周期。調試工具首先要能夠將讀寫(xiě)操作可靠地分離。大多數測試算法使用選通(DQS)與數據(DQ)相位差來(lái)確定讀/寫(xiě)周期。讀操作數據與選通脈沖邊沿對齊，寫(xiě)操作數據與選通脈沖中心對齊。隨著(zhù)速度的提升，相位差異法逐漸無(wú)法保證讀寫(xiě)操作的判斷準確性，在被測對象存在嚴重信號完整性問(wèn)題時(shí)尤其如此?；煜x/寫(xiě)周期會(huì )導致測量是無(wú)效的，提供合格/不合格的判定也是無(wú)意義的。調試工具必須在執行標準的讀寫(xiě)分離后，將讀操作和寫(xiě)操作數據包的起始與結束顯示出來(lái)，以便用戶(hù)能夠驗證讀/寫(xiě)周期是不是被正確地分離了。要實(shí)現快速高效的讀寫(xiě)分離，工具必須能夠通過(guò)導航查看波形中每個(gè)讀數據包和寫(xiě)數據包，并報告有效數據包數目以及波形中的讀和寫(xiě)數據包數目，幫助設計人員確定是否需要提高被測系統數據量，獲得更多數據，進(jìn)而完成調試和評估任務(wù)。當然，如果您擁有安捷倫的高端混合信號示波器MSOX90000A系列，可用其邏輯通道準確進(jìn)行讀寫(xiě)分離，這在另一篇文章中有詳述。

圖 1：DDR 調試工具報告波形上的讀數據包和寫(xiě)數據包數目，而游標顯示了數據包的起始與結束。借助導航功能，用戶(hù)可以瀏覽已保存時(shí)鐘、選通脈沖(DQS)和數據(DQ)波形上的每個(gè)數據包

多數據包統計分析

JEDEC 規范沒(méi)有定義數據包測量數目。以往，大多數設計人員僅憑借一組數據包測試結果來(lái)判定系統一致性測試結果，而測試合格與否取決于系統的壓力條件。在某些情況下，設計人員可以增加被測對象的數據變化，這時(shí)就會(huì )發(fā)現系統裕量會(huì )隨之減少?，F在，幾乎所有存儲器設計人員都需要執行裕量測試，DDR 自動(dòng)一致性測試軟件提供的合格/不合格測試結果已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足需求。對被測對象進(jìn)行統計分析則可以幫助設計人員了解裕量，確保設計性能高于規范要求。因此，設計人員需要收集盡可能多的統計信息，分析的數據包數量越多，裕量測試結果的可信度就越高。調試工具需要快速測量所有數據包的全部測試參數，以縮短測試時(shí)間。該工具支持離線(xiàn)操作，將示波器采集的波形存成文件，或者將一致性測試軟件項目文件存下來(lái)，然后用該工具進(jìn)行分析，可以顯著(zhù)縮短測試時(shí)間。測試結果可以導出為 .csv 文件，以用于深入分析或生成報告。

圖 2：JEDEC 測試結果提供最小值/平均值/最大值統計報告，可以確保用戶(hù)信心十足地執行裕量測試。統計報告可以導出為 .csv 文件，以進(jìn)行深入的分析并生成報告

裕量測試中，設計人員需要改變工作電壓，并根據 JEDEC 規范定義的對應參考電壓和交流/直流輸入和輸出電平執行測量。例如，DDR3 的工作電壓標稱(chēng)值是 1.5V。在裕量測試中，設計人員可以將電壓降低到 1.3V，以查看系統功耗是否降低。調試工具將自動(dòng)計算新的測量電壓電平，并依據新的測量閾值執行所有測量。自動(dòng)計算功能可以幫助用戶(hù)快速確定新的交流/直流電壓測量閾值，無(wú)需查看 JEDEC 規范公式，從而縮短測試設置時(shí)間。

圖 3：DDR3 工作電壓在 JEDEC上的電壓是1.5V，用戶(hù)將之改為 1.3V，以便測試低功率模式下的系統性能。調試工具使用 JEDEC 規范的公式自動(dòng)計算 1.3V工作電壓時(shí)的交流/直流測量電壓

JEDEC 測量

該工具的測量符合 JEDEC 規范，包括電氣、時(shí)序和眼圖三類(lèi)測試。所有測試都按照輸出(寫(xiě)周期)與輸入(讀周期)分組。調試工具根據讀或寫(xiě)周期分組所有測試類(lèi)型，可以讓用戶(hù)無(wú)需參照 JEDEC 規范即可準確選擇測試。為了提高調試效率，調試工具將標記波形中所有的有效測量，并通過(guò)游標指示電壓和時(shí)間測量閾值。工具還可以標注測試結果的最大值和最小值，以便用戶(hù)集中關(guān)注問(wèn)題區域。用戶(hù)可以通過(guò)導航逐一查看測量，確保測量包括所有的有效數據包。調試工具還可以報告有效測量數目。部分系統的數據變化極少，系統大量的讀寫(xiě)數據包并不能保證足夠的有效測量，因此可能無(wú)法應用統計分析。例如您要測量建立時(shí)間tDS，測量長(cháng)度為 8 的兩組數據包，如果兩個(gè)數據包中僅有 9 次數據轉換，您僅能獲得 9 個(gè)有效測量。如果數據包的每個(gè)單獨比特都存在數據轉換，您將得到16個(gè)有效測量。傳統DDR一致性測試軟件已經(jīng)標配上述特性，但調試工具的可視化功能可以增強用戶(hù)對測量結果有效性的信心。屏幕視圖提供游標和測量閾值顯示，并且用戶(hù)可以截屏并用于編寫(xiě)報告。調試工具可以加載此前保存的波形文或一致性測試軟件的項目文件，時(shí)間和電壓標度不會(huì )有任何變化，如何使用取決于用戶(hù)的偏好。

圖 4：符合 JEDEC 規范，測量游標顯示測量寫(xiě)周期的建立時(shí)間，以及交流/直流電壓測量閾值。用戶(hù)可以將屏幕截圖并用于生成報告。

總之，DDR4 等存儲技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)存儲器速度與功率效率空前提升，僅僅停留在一致性測試階段，已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益深入的調試和評估需求。傳統 DDR 一致性測試軟件僅提供合格/不合格信息。新的 DDR 調試工具經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設計，根據 JEDEC規范提供測量統計分析結果和導航功能和游標特性，幫助存儲器設計人員快速找到問(wèn)題區域，提升他們對測試結果尤其是裕量測試結果的信心。結合安捷倫科技已經(jīng)提供的一致性測試方案和該新測試軟件，DDR4的測試方案不僅支持合格/不合格測試，同時(shí)還支持統計分析、裕量測試，幫助縮短設置時(shí)間并加快測試速度，提升存儲器設計人員的測試效率，進(jìn)而降低總體設計成本，加快產(chǎn)品上市速度。