COMe-pcie桥-fpga这种接口加载fpga时，二次加载时系统异常重启

Question

现象：COMe-pcie桥-fpga这种接口加载fpga时，二次加载时系统异常重启
硬件连接如下：

cpld直连COMe，fpga则通过pcie 桥片接到COMe。cpld负责通过pcie写来加载fpga。
当加载完fpga后，reboot后，可以lspci看到枚举出的fpga的bus号。
现在的问题是：在reboot后，slot4再次加载fpga，第一次没有问题，第二次则系统异常重启了。且重启太快了，来不及从日志中看到重启原因
但是同样的操作，slot1却没有复现(即cpld1加载fpga）

问题：这种现象怎么定位？日志怎么能抓到异常重启的原因？

Answer 1

下午好🌅🌅🌅
本答案参考通义千问

你描述的问题是关于 COMe-pcie桥-fpga 接口在 二次加载FPGA时系统异常重启 的现象，这可能涉及硬件、固件、驱动和操作系统多个层面。以下是对该问题的详细分析与解决方案建议。

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一、问题现象总结

• 硬件连接结构：
  • CPLD 直连 COMe
  • FPGA 通过 PCIe 桥片接到 COMe
  • CPLD 负责通过 PCIe 写操作来加载 FPGA
• 第一次加载正常：可以 lspci 看到枚举出的 FPGA 的 bus 号。
• 第二次加载异常：系统会 异常重启，且重启速度非常快，来不及抓取日志。
• 对比现象：同样的操作在 slot1（CPLD1）上没有复现问题。

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二、可能原因分析

1. PCIe 配置空间或设备状态异常

• 在 PCIe 设备首次加载后，其配置空间（Configuration Space）可能被修改，导致后续重新加载时出现冲突。
• 例如：设备地址、中断号、DMA 通道等配置未正确恢复或重置。

2. FPGA 加载过程中的资源冲突

• 第一次加载后，FPGA 可能占用了某些关键资源（如内存、DMA 通道、中断等），在再次加载时这些资源未释放，导致系统崩溃。
• 如果 CPLD 或 PCIe 桥片在加载过程中未能正确重置设备，可能导致系统不稳定。

3. 驱动或内核模块问题

• 操作系统中对 FPGA 设备的驱动可能在第一次加载后注册了某些状态，但未正确处理“卸载”或“重载”流程。
• 当再次加载时，驱动可能尝试访问已失效的资源，导致内核 panic 或系统重启。

4. 电源或信号稳定性问题

• PCIe 桥片或 FPGA 在多次加载过程中可能因电源波动或信号不稳定导致系统异常重启。
• 特别是在 slot4 上，可能因为电气特性差异导致问题更明显。

5. CPLD 控制逻辑问题

• CPLD 在控制 PCIe 桥片加载 FPGA 时可能存在逻辑错误，例如未正确触发重置、未等待设备就绪等。
• 由于 slot1 没有复现问题，说明可能是 slot4 的 CPLD 或桥片逻辑存在问题。

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三、定位方法与解决方案

1. 抓取系统重启前的内核日志

方法：

• 使用 klogd 或 journalctl 抓取内核日志。
• 启用 kernel.log 和 dmesg 日志记录功能。
• 在 /etc/default/grub 中添加 GRUB_CMDLINE_LINUX="console=ttyS0,115200"，以便通过串口输出日志。
• 使用 串口调试工具（如 minicom、screen）捕获重启前的最后几行日志。

示例代码（修改 grub 配置）：

# 修改 grub 配置文件
sudo nano /etc/default/grub

# 添加以下内容
GRUB_CMDLINE_LINUX="console=ttyS0,115200"

# 更新 grub
sudo update-grub

注意：确保主板支持串口输出，并连接好串口线。

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2. 检查 PCIe 设备状态与配置

命令：

lspci -v
lspci -vv

查看是否在两次加载之间设备状态发生了变化（如 BAR 地址、中断号、设备状态等）。

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3. 使用 dmesg 查看内核日志

dmesg | grep -i pci
dmesg | grep -i error

特别关注是否有如下关键词：

• PCIe error
• device not responding
• reset failed
• bus reset
• no device found

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4. 检查 PCIe 桥片和 CPLD 的控制逻辑

检查点：

• 是否每次加载前都进行了正确的 PCIe 设备复位？
• 是否在 CPLD 控制中加入了 延时，确保设备稳定？
• 是否在加载前清除了之前的配置？

示例代码（伪代码）：

// CPLD 控制 PCIe 桥片的伪代码
void load_fpga() {
    reset_pcie_bridge();   // 重置 PCIe 桥片
    delay_ms(100);         // 等待设备稳定
    write_to_fpga();       // 写入配置
}

重点：确保每次加载前进行完整的设备复位和状态清理。

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5. 对比 slot1 与 slot4 的差异

建议：

• 使用相同的测试脚本在 slot1 和 slot4 上执行相同的操作，观察是否都能复现问题。
• 检查 slot4 的 PCIe 桥片型号、CPLD 固件版本是否与 slot1 不同。
• 检查 slot4 的物理连接是否松动或接触不良。

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6. 使用硬件调试工具

• 使用 逻辑分析仪（如 Saleae）监控 PCIe 信号。
• 检查加载过程中是否有异常的信号（如错误的地址、数据、中断）。
• 检查 CPLD 与 PCIe 桥片之间的通信是否稳定。

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四、解决方案步骤（有序列表）

1. 启用串口日志输出，确保能够捕获系统重启前的内核日志。
2. 使用 dmesg 和 lspci 检查 PCIe 设备状态，确认是否在加载过程中出现异常。
3. 检查 CPLD 控制逻辑，确保每次加载前进行设备复位和状态清理。
4. 比较 slot1 与 slot4 的硬件配置和固件版本，排查是否存在差异。
5. 使用逻辑分析仪或示波器 检查 PCIe 信号是否异常。
6. 更新 PCIe 桥片固件或 CPLD 固件，修复可能存在的 bug。
7. 在驱动中增加设备重置机制，防止重复加载导致的资源冲突。

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五、建议的修改代码（CPLD 控制逻辑）

// 假设 CPLD 控制 PCIe 桥片的接口为 i2c
void reset_pcie_bridge(int bus_id) {
    i2c_write(bus_id, 0x01, 0x01); // 发送复位命令
    usleep(100000);                // 延时 100ms
}

void load_fpga_config(int bus_id) {
    reset_pcie_bridge(bus_id);
    send_fpga_config(bus_id);      // 发送配置数据
}

重点：每次加载前必须进行复位，避免残留状态影响下一次加载。

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六、总结

| 问题点 | 解决方案 | |--------|----------| | 无法获取重启原因 | 启用串口日志、使用 journalctl/klogd | | PCIe 设备状态异常 | 检查 lspci 和 dmesg 输出 | | CPLD 控制逻辑错误 | 确保每次加载前复位设备 | | slot4 与 slot1 差异 | 对比硬件配置、固件版本 | | PCIe 信号异常 | 使用逻辑分析仪或示波器检测 |

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如果你能提供具体的 内核日志片段、PCIe 设备信息 或 CPLD 控制逻辑代码，我可以进一步帮你定位具体问题。