FPGA收發(fā)器的接收鏈路詳解

一、前言

接下來我們將隨著接收部分的信號(hào)流，來看看接收通道中依次進(jìn)行了一些什么處理。筆者從用戶手冊摘錄出了一些主要的處理模塊，包括FPGA接收接口模塊（FPGA RXInterface）、8B10B解碼模塊（8B10B Decoder）、接收變速箱模塊（RX Gearbox）、碼型檢測器模塊（PRBS Generator）、接收彈性緩沖器模塊（Rx Elastic Buffer）、逗點(diǎn)檢測及對齊模塊（Comma Detect And Align）、極性模塊（Polarity）等，如下圖所示，這些模塊是接收鏈路中最常用的模塊，如果讀者對其他模塊感興趣可以查閱用戶手冊。

二、極性反轉(zhuǎn)功能

同發(fā)送鏈路一樣，接收鏈路也包含一個(gè)極性反轉(zhuǎn)功能，如果PCB上的RXP和RXN差分走線不小心弄反，GTX/GTH收發(fā)器RX接收到的差分?jǐn)?shù)據(jù)就會(huì)顛倒。 GTX/GTH 收發(fā)器 RX 允許在 SIPO 之后對 PCS 中的并行字節(jié)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，以抵消差分對上的反向極性。

與極性反轉(zhuǎn)相關(guān)的端口如下表所示。

三、PRBS檢查器

與發(fā)送通道碼型發(fā)生器相反，GTX/GTH 接收器包括一個(gè)內(nèi)置 PRBS 檢查器，可以檢查發(fā)送端發(fā)送過來的四種PRBS碼型，用于測試通道的信號(hào)完整性，包含一個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器，用于誤碼統(tǒng)計(jì)。功能框圖如下圖所示。

與PRBS檢查器相關(guān)的端口如下表所示。

注意，無法通過端口來獲取PRBS錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器RX_PRBS_ERR_CNT，只能通過DRP接口來獲取。

四、字節(jié)和字對齊

1、字節(jié)對齊

如果接收串行數(shù)據(jù)進(jìn)行了8B10B編碼，串行數(shù)據(jù)必須與符號(hào)邊界對齊才能用作并行數(shù)據(jù)。為了使對齊成為可能，發(fā)射器發(fā)送可識(shí)別的序列，通常稱為逗點(diǎn)（comma）。接收器在傳入數(shù)據(jù)中搜索逗點(diǎn)。當(dāng)它找到逗點(diǎn)時(shí)，它將逗點(diǎn)移動(dòng)到字節(jié)邊界，以便接收到的并行字與發(fā)送的并行字匹配。

例如很多協(xié)議都是使用K28.5作為逗點(diǎn)字節(jié)，由于8B10B編碼的特性，在滑動(dòng)的串行數(shù)據(jù)中不會(huì)存在其他數(shù)據(jù)被誤認(rèn)為是K28.5的情況。K28.5的編碼前的字節(jié)是8’hbc，編碼后負(fù)極性（K28.5-）時(shí)為0011111010，正極性（K28.5+）時(shí)為1100000101。因此只需要在串行序列中滑動(dòng)過程中找到了K28.5-或者K28.5+序列時(shí)，即可認(rèn)為是找到了字邊界。如下圖所示，當(dāng)找到了逗點(diǎn)符號(hào)K28.5之后，也就確認(rèn)了數(shù)據(jù)邊界，則接下來的數(shù)據(jù)也就能正常的識(shí)別出來了。

2、字邊界對齊

盡管解決了字節(jié)對齊的問題，但用戶數(shù)據(jù)輸出端口并不是單字節(jié)的，只可能是2字節(jié)、4字節(jié)或者8字節(jié)的。字邊界對齊功能可以將逗點(diǎn)符號(hào)放置于用戶數(shù)據(jù)的首位以及中間可預(yù)見性的位置上，簡化用戶設(shè)計(jì)。

ALIGN_COMMA_WORD屬性用于定義字對齊邊界，同時(shí)也與RX_DATA_WIDTH屬性和RX_INT_DATAWIDTH屬性有關(guān)，具體配置以及對應(yīng)的字邊界對齊情況如下表所示。

3、對齊控制

在進(jìn)行字節(jié)對齊和字對齊操作之前，需要設(shè)置好相關(guān)的屬性，主要相關(guān)屬性如下表所示

設(shè)定好字節(jié)對齊和字對齊屬性后，通過相關(guān)端口來進(jìn)行控制，主要端口如下表所示。

我們假設(shè)某個(gè)協(xié)議需要檢測一個(gè)單字節(jié)逗點(diǎn)，且無論是檢測到了該逗點(diǎn)正負(fù)極性都認(rèn)為是對齊。則對齊操作流程如下：

(1)、啟用逗點(diǎn)對齊模塊，例化GTXE2_CHANNEL原語時(shí)，RXCOMMADETEN端口可以恒定為1。

(2)、將RXPCOMMAALIGNEN和RXMCOMMAALIGNEN端口同時(shí)置為1，激活對PCOMMA和MCOMMA的檢測，任何匹配的comma模式與最近的邊界重新對齊，comma對齊后，RXBYTEISALIGNED信號(hào)置為高。

(3)、此時(shí)可以將RXENMCOMMAALIGN和RXENPCOMMAALIGN置為0，關(guān)閉comma對齊功能，使comma對齊模塊保持當(dāng)前對齊位置。

(4)、后續(xù)始終保持字節(jié)位置不變，直到重新將RXPCOMMAALIGNEN和RXMCOMMAALIGNEN端口置為1，才會(huì)再次開啟逗點(diǎn)檢測。