攻城狮小黑板：PRBS

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做 PCIe、SerDes、高速接口测试时，经常会听到一句话：

“先跑一下 PRBS，看 BER 稳不稳。”

那 PRBS 到底是什么？

一句话说清楚：

PRBS 是一种看起来随机、但可以被发送端和接收端按同一规则复现的 0/1 测试序列。

它不是业务数据，而是专门用来检查高速链路传输稳定性的测试码型。

1. PRBS为什么叫“伪随机”？

PRBS 的全称是 Pseudo-Random Binary Sequence，中文叫伪随机二进制序列。

它看起来像随机的 0 和 1，但并不是真正随机。          
它通常由一个固定规则的移位寄存器产生。只要初始状态和生成规则一样，序列就可以被重复生成。

这就是“伪随机”的含义：

看起来随机，但规则确定；外观看似无序，但内部可复现。

这点非常重要。

因为测试时，发送端需要知道自己发了什么，接收端也需要知道“正确答案”应该是什么。只有这样，接收端才能判断收到的数据有没有错。

2. PRBS7、PRBS15、PRBS31具体是什么？

PRBS 后面的数字，比如 7、15、31，通常表示生成这段序列所使用的寄存器阶数。

可以先简单理解为：

数字越大，序列周期越长，数据模式越复杂。

常见 PRBS 类型如下：

比如 PRBS7，就是 7 阶寄存器生成的伪随机序列，最长周期是 127 bit。          
PRBS31，则是 31 阶寄存器生成的伪随机序列，最长周期约 21.47 亿 bit。

这也是为什么 PRBS31 比 PRBS7 更适合长时间压力测试：          
它的数据模式更长，更不容易短周期重复。

3. Generator 和 Checker 是怎么配合的？

PRBS 测试通常有两个核心模块：

PRBS generator 和 PRBS checker。

可以把它们理解成：

·generator：出题的人

·checker：对答案的人

发送端的 generator 负责持续产生 PRBS 序列，并把这串 0/1 发出去。          
接收端的 checker 负责接收数据，同时按照同样规则生成一份“本来应该收到的序列”，然后逐 bit 对比。

整个过程可以分成四步。

第一步：发送端 generator 产生 PRBS

发送端先选择一种 PRBS 类型，例如 PRBS7、PRBS15 或 PRBS31。

然后 generator 根据对应规则持续产生 0/1 序列：

发送端 PRBS generator          
        ↓          
产生一串可复现的 0/1 序列          
        ↓          
通过高速链路发送出去          

这串数据看起来随机，但其实是按固定规则生成的。

第二步：接收端 checker 尝试锁定序列

接收端收到数据后，checker 并不是盲目比较。

它需要先判断：          
收到的这串 0/1，是否符合某种 PRBS 规律。

如果 checker 能识别出规律，并和本地生成的 PRBS 序列对齐，就会进入 lock 状态。

这一步可以理解为：

接收端收到数据          
        ↓          
checker 判断它是不是目标 PRBS          
        ↓          
找到规律并完成对齐          
        ↓          
PRBS lock          

所以，PRBS lock 的含义是：

接收端已经识别并跟上了这段 PRBS 序列。

但要注意：

lock 不等于没有误码。

lock 只是说明 checker 已经可以开始可靠地对答案了。

第三步：checker 逐 bit 对比

进入 lock 后，checker 会做真正的比较。

它一边接收链路上传来的 bit，          
一边在本地产生理论上应该收到的 PRBS bit，          
然后逐 bit 对比。

可以简化成这样：

收到的 bit：        1 0 1 1 0 0 1 0 ...          
期望的 PRBS：    1 0 1 1 0 1 1 0 ...          
                         ↑          
                      这里不一致，记录 error          

只要某一位不一致，就会增加 error count。

这就是 PRBS 能用来测 BER 的原因。

第四步：统计 error count 和 BER

PRBS checker 会统计两类关键结果：

比如：

·总共传输了 10¹² 个 bit；

·发现了 1 个错误 bit；

那么 BER 就是：

BER = 1 / 10¹² = 1E-12          

所以 PRBS 测试最终关注的不是“有没有跑起来”，而是：

在一定时间内，传输了多少 bit，错了多少 bit。

4. PRBS测试的基本流程

PRBS典型流程可以这样理解：

1.选择 PRBS 类型
例如 PRBS7、PRBS15、PRBS31。

2.发送端打开 generator
持续产生并发送 PRBS 序列。

3.接收端打开 checker
按同样规则识别并生成期望序列。

4.等待 checker lock
确认接收端已经识别并对齐 PRBS。

5.开始统计 error
记录 error count、总 bit 数和运行时间。

5. PRBS有什么用？

PRBS 的核心价值是：

用一串可复现、但足够复杂的 0/1 序列，检查链路在复杂数据模式下是否还能稳定传输。

它主要回答两个问题。

第一，有没有误码？

发送端和接收端都知道正确序列应该是什么。          
因此只要收到的数据和期望序列不一致，就能判断出现了 bit error。

这比单纯看 link up 更有意义。

因为 link up 只能说明“链路建立了”；          
PRBS error count 和 BER 才能进一步说明“链路传 bit 是否稳定”。

第二，复杂数据模式下是否还能稳定？

固定码型，比如 101010，太理想，也太单一。

PRBS 里既有连续 0，也有连续 1；          
既有密集跳变，也有相对稀疏的跳变。          
因此它比简单码型更接近真实数据的复杂性。

简单说：

固定码型像基础检查，PRBS 更像压力测试。

6. 常见误区

误区一：看到 PRBS lock 就认为没问题

不对。

PRBS lock 只是说明 checker 找到了序列规律，并且完成了对齐。          
真正要看的，是 lock 之后有没有 error。

一句话：

lock 是开始对答案，不是答案全对。

误区二：跑几秒没有 error，就认为链路稳定

不严谨。

PRBS 测试要结合运行时间和总传输 bit 数来看。          
如果只跑了几秒，即使没有 error，也只能说明“这几秒没错”。

要判断长期稳定性，需要足够长的观察时间。

误区三：只写 PRBS31 pass，但不写测试条件

应该写清楚：

·PRBS 类型；

·速率；

·lane；

·运行时间/error count (BER)

否则“PRBS31 pass”这句话信息量很低。

误区四：把 PRBS 当成完整系统验证

PRBS 主要验证的是：

0/1 bit 能不能稳定传过去。

它非常适合物理层链路测试，但不能替代协议层、功能层和系统级验证。

所以 PRBS 适合回答：

这条链路在当前条件下传 bit 稳不稳？

但它不能直接回答：

整个系统功能是不是完全可靠？

7. 最后总结

PRBS 可以记成一句话：

假随机，真体检。

它看起来随机，但可以复现；          
它不是业务数据，但能制造复杂数据模式；          
它不能替代完整系统验证，但非常适合检查高速链路的 bit 传输稳定性。

PRBS generator 负责“出题”：          
持续产生一串可复现的 0/1 序列。

PRBS checker 负责“对答案”：          
识别、锁定、对齐这段序列，并逐 bit 比较。

最终结果看三件事：

1.有没有 lock；

2.有没有 error；

3.BER 是多少。

所以，下次看到 PRBS7、PRBS15、PRBS31，可以这样理解：

它们不是神秘缩写，而是不同长度、不同复杂度的伪随机测试序列。

而 PRBS 测试的本质，就是让发送端和接收端用同一套规则出题和对答案，看看高速链路在复杂 0/1 数据下到底传得稳不稳。

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