YXC揚興科技丨技術案例分享：高溫流量測試丟包問題

作者： 揚興科技 日期：2023-08-23 瀏覽量：

對某以太網設備進行長時間的溫度循環測試，利用 SmartBits(SmartBits 設備，是由Spirent 公司開發的，用于以太網數據流量測試的設備。）對設備連續地、全速率地發送以太網數據包，測試人員發現一個奇怪的現象，設備在白天的測試中，均無丟包現象，夜間設備繼續運行，但是第二天一早就會發現已發生丟包。

《討論》

該設備的用戶接口是百兆以太網接口，利用5類非屏蔽雙絞線與 SmartBits 連接，由于端口數目較多，線纜布線較雜，存在線纜被實驗室管理員挪動的可能，在挪動過程中，可能導致丟數據包。經與管理員確認，這種可能被排除。

溫度循環測試是指，通過對溫箱溫度曲線的控制，以實現調整產品工作所處環境溫度的目的。在這個測試中，溫度曲線如圖 6.9所示。

圖6.9高低溫循環測試溫度曲線

循環測試一個周期共 26h (h:小時)，分為六個階段。第一階段是用4h 均地從25℃降溫到-5℃，第二階段是在-5℃保持 5h，第三階段用 4h 均地從-5℃升溫到 25℃，第段用4h 均勻地從25℃升溫到 55℃，第五階段是在55℃保持 5h，第六階段是用4h從55降溫到25℃。在這個過程中，產品不間斷地全速運行。測試人員每天清早 9 點鐘開始一個周期的測試，到下午 6 點下班前檢查丟包情況，沒有發現丟包，第二天清早9點檢查，發現已經出現丟包現象。頭天清早 9點到下午 6 點，循環測試正好完成了頭兩個階段，從夜間到第二天早上9點，完成第三、四、五階段以及第六階段的一半，即丟包現象總是發生在后四個階段。而后四個階段有兩個特點:一是升溫，二是高溫。在高溫 55℃下，測量單板上與 PHY 相關的信號完整性和時序，沒有發現問題。

利用 SmartBits 對以太網產品進行流量測試，有兩個原因可能丟數據包:一個是產品本身存在缺陷;另一個是SmartBits的晶振快于以太網產品上PHY使用的晶振在高溫下進行大量測試后，可基本排除產品缺陷造成丟數據包的可能性以下主要討論晶振快慢對數據傳輸的影響。

SmartBits 是用于以太網性能測試的設備，在本案例中，其作用是以線速的速度產生以太網數據包，并發送給以太網交換機，以太網交換機收到數據包后，在內部轉發，最終又將所有數據包發回SmartBits。SmartBits 通過檢測發出的數據包數目和接收的數據包數目是否相等，來判斷是否發生了丟包。如圖6.10所示，假設SmartBits 上的IC1是負責收發數據包的芯片，數據包到達以大網設備，完成業務后，通過芯片 PHY1發送回 SmartBits。在這個過程中，SmartBits 上的ICl是基于晶振OSCI收發數據包，而以太網設備的PHY1是基于晶振OSC2收發數據包，由于雙方采用的不是同一顆晶振，在頻率上必然有一定的差別。假設 OSC1和OSC2都是25MHz(誤差士50ppm)的晶振(ppm指百萬分之一，此處，50ppm的誤差即為50Hz)，雖然標稱頻率和精度完全一樣，但實際振蕩頻率并不完全一樣。利用頻率計測量，在室溫下，OsC1的頻率是25.000050MHz，即25MHz(誤差+2ppm);OSC2的頻率是25.000100MHz，即 25MHz(誤差+4ppm)。OSC2略微快于 OSC1，即以太網設備上 PHYI的工作速率高于SmartBits上IC1的工作速率，因此在常溫下，以太網設備有能力將SmartBits發送來的數據包接收下來，并全部發回。

圖6.10 SmartBits 與以太網設備連接

白天的測試從不丟包，分析溫度循環曲線圖可知，白天的測試包括常溫和低溫兩種情況，在測試中，只有以太網設備被放置在溫箱中，而 SmartBits 一直工作在室溫環境，在低溫-5C下測量OSC2的頻率為25.000300MH，即25MHz(誤差+12ppm)，高于OSC1室溫下的頻率25MHz(誤差+2ppm)，因此，在低溫下，以太網設備同樣有能力將 SmartBits發送來的數據全部發回。

丟包現象都是發生在夜間，夜間的測試包括低溫、常溫、高溫三個階段，通過前面的測試已經證實，低溫和常溫條件下，OSC2 的頻率都快于 OSC1，因此主要考慮高溫的情況。在55C，測量OSC2的頻率為 24.999825MHz，即25MHz(誤差-7ppm)，慢于OSC1，在這種情況下，以太網設備沒有足夠的能力將 SmartBits 發送來的數據包全部發回即對于以太網設備而言，接收到的數據包始終多于能發送出去的數據包，必然造成丟包。根據以上分析得到結論，夜間丟包的原因是高溫下 OSC2 的速率慢于 OSC1。為了檢驗這個結論，設計者將 SmartBits 發包速率從全速的 100%調整為97%，進行多個溫度循環測試，沒有發現丟包。由此證明丟包原因確系高溫下 OSC2 速度較慢。仔細查閱以太網設備上使用的晶振 OSC2的器件資料，發現晶振的輸出頻率隨著環境溫度的變化，也會有略微的變化，如圖 6.11 所示。

圖 6.11 晶振頻率一溫度變化曲線（-40~＋85°）

以 25C時晶振的頻率為基準，隨著溫度的降低，輸出頻率將先提高，再降低;隨著溫度的升高，輸出頻率將先降低，再升高。本例中，55C時的晶振輸出頻率相對常溫最多可能降低12ppm。

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