FPGA TX接口學(xué)習(xí)筆記

一、前言

前面我們是站在時(shí)鐘的角度對(duì)通道進(jìn)行的分析，雖然也涉及了部分信號(hào)的處理，但并未深入，接下來我們將隨著信號(hào)流，來看看發(fā)送通道中依次進(jìn)行了一些什么處理。筆者從用戶手冊(cè)摘錄出了一些主要的處理模塊，包括FPGA發(fā)送接口模塊（FPGA TXInterface）、8B10B編碼模塊（8B10B Encoder）、發(fā)送變速箱模塊（TX Gearbox）、碼型生成器模塊（Pattern Generator）、相位調(diào)整FIFO模塊（Phase Adjust FIFO）、極性模塊（Polarity）等，如下圖所示，這些模塊是發(fā)送鏈路中最常用的模塊，如果讀者對(duì)其他模塊感興趣可以查閱用戶手冊(cè)。

二、FPGA TX接口

TX接口的端口形態(tài)與使用何種編碼形式有關(guān)。有三種選擇：8B10B編碼、發(fā)送變速箱（64B66B編碼、64B67B編碼）、或者無編碼，我們就按照三種情況來進(jìn)行說明。

1、使用8B10B編碼

使能8B10B編碼后，會(huì)啟用收發(fā)器中8B10B Encoder模塊，同時(shí)GTX原語有專門的8B10B編碼數(shù)據(jù)入口，如下表所示。

但并不是所有的協(xié)議都需要用到這么寬的位寬，因此在收發(fā)器向?qū)P設(shè)置中，會(huì)將用戶實(shí)際需要使用的端口引出，剩下的bit位置為1’b0。實(shí)際使用位寬與收發(fā)器向?qū)P中的External Data Width配置有關(guān)。

例如上圖中External DataWidth設(shè)置為32bits時(shí)，則只使用了TXDATA[31:0]和TXCHARISK[3:0]，那么這部分端口會(huì)通過收發(fā)器向?qū)P引出，剩下的端口TXDATA[63:32]和TXCHARISK[7:4]所有位都會(huì)被置為0。

2、使用發(fā)送變速箱

如果需要使用發(fā)送變速箱，則表示使用了64B/66B 編碼或者64B/67B 編碼。這里使用更普遍的64B/66B 編碼為例。一些高速數(shù)據(jù)速率協(xié)議會(huì)使用 64B/66B 編碼來減少 8B/10B 編碼的開銷，同時(shí)保留編碼方案的優(yōu)點(diǎn)。

GTX原語有專門的64B/66B編碼數(shù)據(jù)入口，如下表所示。

當(dāng)使用TX變速箱數(shù)據(jù)入口時(shí)， 需要遵循其時(shí)序要求。

當(dāng)使用64B/66B編碼時(shí)，TXHEADER[1:0]同步頭必須是2’b01或者2’b10。而TXSEQUENCE [5:0]是一個(gè)0到32的循環(huán)累加數(shù)。并不是每一輪循環(huán)的每個(gè)時(shí)鐘周期的TXDATA都是有效的數(shù)據(jù)，在TX_DATA_WIDTH 和TX_INT_DATAWIDTH 相同的模式下，數(shù)據(jù)暫停兩個(gè)TXUSRCLK2 周期；在TX_DATA_WIDTH 是TX_INT_DATAWIDTH 兩倍的模式下，數(shù)據(jù)暫停 1 個(gè) TXUSRCLK2 周期。有效數(shù)據(jù)傳輸在下一個(gè) TXUSRCLK2 周期恢復(fù)。如下表所示。

例如下圖配置時(shí)，對(duì)應(yīng)上表中 TX_DATA_WIDTH = 64，以及TX_INT_DATAWIDTH = 1(4-byte)的情形，此時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)在TXSEQUENCE = 32的時(shí)候暫停一個(gè)TXUSRCLK2 周期。

發(fā)送數(shù)據(jù)輸入的時(shí)序圖如下圖所示。

3、不使用編碼

不使用編碼的時(shí)候FPGA Interface Width（也即收發(fā)器向?qū)P中的External Data Width）可配置為16、20、32、40、64、80比特，數(shù)據(jù)入口如下表所示。

當(dāng)FPGAInterface Width設(shè)置為16/32/64的時(shí)候，則只需要使用TXDATA[63:0]端口即可，但如果FPGA Interface Width設(shè)置為20/40/80的時(shí)候，則需要使用到TXCHARDISPVAL和TXCHARDISPMODE端口來擴(kuò)展位寬，例如如下圖配置。

數(shù)據(jù)位的對(duì)應(yīng)關(guān)系用代碼表示為：

assign TXDATA[7:0]                    = tx_data_in[7:0];
assign TXCHARDISPVAL[0]      = tx_data_in[8];
assign TXCHARDISPMODE [0] = tx_data_in[9];
assign TXDATA[15:8]                  = tx_data_in[17:10];
assign TXCHARDISPVAL[1]      = tx_data_in[18];
assign TXCHARDISPMODE [1] = tx_data_in[19];
assign TXDATA[23:16]                = tx_data_in[27:20];
assign TXCHARDISPVAL[2]      = tx_data_in[28];
assign TXCHARDISPMODE [2] = tx_data_in[29];
assign TXDATA[31:24]                = tx_data_in[37:30];
assign TXCHARDISPVAL[3]      = tx_data_in[38];
assign TXCHARDISPMODE [3] = tx_data_in[39];