以太网设备高温流量测试丢包问题案例（晶振篇）-电子发烧友网

对某以太网设备进行长时间的温度循环测试，利用SmartBits (SmartBits 设备，是由Spirent公司开发的，用千以太网数据流量测试的设备。）对设备连续地、全速率地发送以太网数据包，测试人员发现一个奇怪的现象，设备在白天的测试中，均无丢包现象，夜间设备继续运行，但是第二天一早就会发现已发生丢包。
【讨论】该设备的用户接口是百兆以太网接口，利用5类非屏蔽双绞线与SmartBits连接，由千端口数目较多，线缆布线较杂，存在线缆被实验室管理员挪动的可能，在挪动过程中，可能导致丢数据包。经与管理员确认，这种可能被排除。
温度循环测试是指，通过对温箱温度曲线的控制，以实现调整产品工作所处环境温度的目的。在这个测试中，温度曲线如图所示。

图1 温度曲线

循环测试一个周期共26h Ch: 小时），分为六个阶段。第一阶段是用4h均匀地从25°C降温到-5°C, 第二阶段是在-5°C保持 5h, 第三阶段用4h均匀地从-5°C升温到 25°C, 第四阶段用4h均匀地从25 °C升温到55℃, 第五阶段是在55°C保持5h, 第六阶段是用4h从55'C 降温到25°C。在这个过程中，产品不间断地全速运行。
测试人员每天清早 9 点钟开始一个周期的测试，到下午 6 点下班前检查丢包情况，没有发现丢包，第二天清早9点检查，发现已经出现丢包现象。
头天清早 9 点到下午 6 点，循环测试正好完成了头两个阶段，从夜间到第二天早上 9点，完成第三、四、五阶段以及第六阶段的一半，即丢包现象总是发生在后四个阶段。而后四个阶段有两个特点：一是升温，二是高温。
在高温55 °C下，测量单板上与PHY相关的信号完整性和时序，没有发现问题。
利用SmartBits对以太网产品进行流量测试，有两个原因可能丢数据包：一个是产品本身存在缺陷；另一个是SmartBits的晶振频率快于以太网产品上PHY使用的晶振。
在高温下进行大量测试后，可基本排除产品缺陷造成丢数据包的可能性。以下主要讨论晶振快慢对数据传输的影响。

图2

SmartBits 是用千以太网性能测试的设备，在本案例中，其作用是以线速的速度产生以太网数据包，并发送给以太网交换机，以太网交换机收到数据包后，在内部转发，最终又将所有数据包发回SmartBits。SmartBits通过检测发出的数据包数目和接收的数据包数目是否相等，来判断是否发生了丢包。
如图2所示，假设SmartBits上的ICl是负责收发数据包的芯片，数据包到达以太网设备，完成业务后，通过芯片PHY 1发送回SmartBits。在这个过程中，SmartBits上的IC 1 是基于晶振OSC 1收发数据包，而以太网设备的PHY 1是基千晶振OSC 2收发数据包，由于双方采用的不是同一颗晶振，在频率上必然有一定的差别。假设OSC 1和OSC 2都是25MHZ（误差士50ppm)的晶振(ppm指百万分之一，此处，50ppm的误差即为50Hz), 虽然标称频率和精度完全一样，但实际振荡频率并不完全一样。利用频率计测量，在室温下，OSC 1的频率是25.000050mhz，即25mhz （误差+2ppm) : OSC 2的频率是25.000100MHz, 即25MHz（误差+ 4ppm)。OSC 2略微快千OSC 1即以太网设备上 PHY 1 的工作速率高千SmartBits 上 IC 1 的工作速率，因此在常温下，以太网设备有能力将 SmartBits发送来的数据包接收下来，并全部发回。

图3

白天的测试从不丢包，分析温度循环曲线图可知，白天的测试包括常温和低温两种情况，在测试中，只有以太网设备被放置在温箱中，而SmartBits 一直工作在室温环境，在低温-5°C下测量OSC 2的频率为25.000300MHz, 即25M比（误差+12ppm), 高千OSCl室温下的频率25M（误差+2ppm),因此，在低温下，以太网设备同样有能力将SmartBits 发送来的数据全部发回。

丢包现象都是发生在夜间，夜间的测试包括低温、常温、高温三个阶段，通过前面的测试已经证实，低温和常温条件下，OSC2的频率都快于OSC 1,因此主要考虑高温的情况。在55°C, 测量 OSC 2的频率为24.999825M：，即25MHz（误差-7ppm), 慢于 OSC 1, 在这种情况下，以太网设备没有足够的能力将SmartBits发送来的数据包全部发回，

即对千以太网设备而言，接收到的数据包始终多于能发送出去的数据包，必然造成丢包。

根据以上分析得到结论，夜间丢包的原因是高温下OSC 2的速率慢于OSC 1。为了检验这个结论，设计者将SmartBits 发包速率从全速的 100%调整为 97%, 进行多个温度循环测试，没有发现丢包。由此证明丢包原因确系高温下OSC 2速度较慢。

一般来说，晶振的输出频率随着环境温度的变化，也会有略微的变化，该现象对应晶振的温度系数，在晶振的规格书中一般可以参考（Frequency Temperature Curve）这一参数如下图所示。