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【高清视频】业内三种针对PCIe插卡实现不关机进行热插拔的方法演示

2025-04-21 17:15:38

之前有用户咨询如何针对PCIe插卡进行热插拔测试。一般情况下，PCIe插卡是不支持热插拔的。简单讲，因为插卡的热插拔一般需要下面的四个方面都要支持才可以：

插卡本身要支持热插拔
主板支持热插拔
BIOS设计要支持热插拔
操作系统要支持热插拔

所以，如果一个用户要在电脑不关机的情况下实现针对PCIe插卡进行插拔替换那么必须要找到一个折中可行的办法和方案采用。为啥有这类需求呢？简单举个场景，例如一家公司作为设备原厂，或者网卡的一个贸易商，对于接收到几万张网卡每一张都要测试一下，咋办呢？正常方法是，电脑上插好网卡，然后开机启动后进入操作系统，调用软件进行读/写压力，然后关机（因为无法进行带电插拔，也就是“热插拔”），这样依次反复，所以你发现开机、关机时间占用了非常多的时间，效率很低。所以，这就催生了在电脑不关机的情况下实现手工拔掉待测卡，然后更换一张新卡进行连续测试问题。

其实，我们在2025/1月份的时候做了一期文章和演示“如何实现PCIe插卡的热插拔”，我记得当时是使用SSD转接成插卡来演示的。今天我们重新演示一下该方法，使用一张PCIe 2.0 x8的网卡。同时我们还将讲述两外两种更方便的方法，总计演示时间11分钟。具体请参见下面的视频以及汇总文字介绍。

我们花费2个小时拍摄了本期视频并处理添加了中文字幕供大家参考,参见下面的视频，如果想看高清视频一定要在电脑上打开上面的视频链接进行观看！如果你觉得这篇文章对你有帮助，也希望帮助到更多人，欢迎分享到朋友圈或者与朋友讨论！

1. 通过Gen5 switch卡实现直接热插拔方案

要点	说明
核心思路	依靠 PCIe 本身支持的热插拔特性，在主机不断电的前提下直接拔插网卡。
实验设备	• 主板 + 一块 Gen5 ×16 Switch + 延长线 + DUT待测试卡 • 被测 10 GbE 网卡（Gen2 ×8）
操作流程	1. 正常启动系统，确认网卡枚举。 2. 手动拔出网卡 → 系统立即失去设备。 3. 再插回网卡 → 设备重新被识别并恢复 Gen2 ×8链路。
优点	• 验证纯热插拔兼容性最快捷。
局限	• 无法细粒度控制电源/Reset 时序。 • 拔插必需人工操作，易磨损金手指（建议+延长线）。 • 不支持自动化回归测试。 • Gen5 switch卡价格较贵（如果实验室未购买该卡）

2. 定制热插拔掉电卡方案

要点	说明
硬件拓扑	主板 ←→ 定制掉电卡（×16 上/下行）←→ Gen5 ×16 延长线 ←→ DUT (待测试卡，这里采用博通 Switch卡演示)
控制链路	掉电卡 ➜管理模块 ➜ USB ➜ PC (命令行)
工作步骤	1. 下电：拉低 Reset → 断主电源 12 V → 断辅电 3.3 V → DUT 指示灯/风扇熄灭，主机端链路降至 Gen1 ×16。 2. 上电：先送 3.3 V 辅电 → 送 12 V 主电 → 拉高 Reset → 链路恢复 Gen5 ×16。
能力特点	• 可独立控制 Reset、主/辅电三路。 • 全部命令行手动下发，不支持脚本自动化。
优势	• 成本低于进口卡； • 足够覆盖“上/下电 + Link 恢复”核心测试。
不足	• 仅能做电源级控制，无法细分单条差分线； • 无电压监控、信号毛刺（glitch）等高级功能。

3. Quarch Power Control Card（英国进口）

要点	说明
硬件架构	主板 ←→ Quarch 掉电/信号控制卡 ←→ Gen5 ×16 延长线 ←→ DUT
控制软件	专用 GUI + CLI；支持 Python 脚本、外部 Trigger信号。
掉电/上电流程	类似上述定制热插拔卡：先拉低 PERST# → 断 3.3 V → 断 12 V；上电顺序反之 → 拉高 PERST#。
进阶功能	1. 信号多路分组 (source 0‑8)：可将任意边带/差分线分到不同组，实现独立通断或延迟。 2. Glitch 注入：向选定信号植入毛刺错误。 3. 实时电压监控：Device/Host 各路电压即时报表。 4. 外部触发：示波器或其他设备可触发热插拔/掉电序列。
优缺点	• 功能最丰富，支持自动化回归与复杂失效注入； • 价格显著高于定制卡，但是提供更多功能，包括故障注入，针脚控制，sideband拉高/拉低等很多丰富测试功能。

4 三方案横向对比

维度	Switch卡实现热插拔	国产掉电卡	Quarch 卡
主要应用	简单兼容性验证	电源时序 & Link 恢复	自动化、精细信号测试
成本	购买switch卡价格较贵	成本有优势	成本较高
控制粒度	仅整卡物理插拔	Reset + 主/辅电	单条信号、glitch、触发
自动化支持	无	命令行，可以编写Python脚本	GUI + CLI + Python
电压监控	无	有电压、电流监控	有
典型链路速度	Gen5 x16	Gen5 ×16	Gen5 ×16

5 结论与建议

功能需求决定选型

仅需确认“设备在热插拔后能否重新枚举并工作” → 直接热插拔即可。
需要可靠、可重复的电源时序测试 → 选 定制热插拔掉电卡，性价比最高。
需要批量脚本化、注入故障、记录电压或与示波器联动 → Quarch 卡不可替代。

测试自动化趋势
Quarch方案展示了通过脚本/API 与外部触发信号结合，实现全流程无人值守与数据采集，是未来高端硬件验证的趋势。国产卡若能补足脚本接口，将显著提升竞争力。
成本与效益平衡

在新品研发早期，可先用热插拔 + 定制热插拔卡完成基本验证。
待进入稳定性/边界条件测试阶段，再引入 Quarch 卡进行大规模自动化回归和异常注入，避免高昂设备空置。

通过以上三种方案的配合，实验室可以覆盖从低成本验证到高精度故障注入的全周期掉电／热插拔测试需求。

对于上述内容感兴趣的朋友，可以下载我们4/12最新更新的白皮书12.1版本 - 《PCIe5&6.0, CXL, NVMeNVMoF, SSD, NAND, DDR5, 800GE测试技术和工具白皮书_ver12.1》。今天的视频内容可以参考白皮书4&5章节。

下载链接：

https://pan.baidu.com/s/1Ms4ys0dbt66-2HVhFuHbCQ?pwd=yvwg 提取码: yvwg

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