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          實(shí)現(xiàn)USB3.0物理層中彈性緩沖的設(shè)計(jì)方案

          作者: 時(shí)間:2011-07-29 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          1.引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/155982.htm

            由Maurice Karnaugh在電話網(wǎng)絡(luò)中傳輸PCM信號中提出來的。隨后人們在很多不同的應(yīng)用中采用了技術(shù)來同步數(shù)據(jù),很多協(xié)議例如USB、PCIE、以太網(wǎng)等。

            是一個(gè)高速,串行,源同步數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。但是數(shù)據(jù)經(jīng)過傳輸線與原數(shù)據(jù)發(fā)生了很大的偏差。本文從的角度分析了機(jī)制,解釋了與其他的不同,并采用指針控制與握手的方法。

            2.彈性緩沖作用

            2.1 彈性緩沖作用域

            在USB3.0中數(shù)據(jù)傳輸采用雙單工,因此為接收、發(fā)送2組差分對傳輸部分。傳輸線是承載數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體。因此如何從傳輸線正確接收數(shù)據(jù),并把它同步到系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘域,變的十分關(guān)鍵。

            USB3.0中規(guī)定的層接收部分結(jié)構(gòu)圖如下,它包括差分接收、時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)、串并轉(zhuǎn)換和8B10B譯碼。

          圖 1USB3.0層接收部分結(jié)構(gòu)

            整個(gè)數(shù)據(jù)流向自上而下,差分輸入經(jīng)過差分接收,從差分信號中提取出時(shí)鐘,并用恢復(fù)出來的時(shí)鐘來恢復(fù)出數(shù)據(jù)(CDR)?;謴?fù)出來的數(shù)據(jù)在接收時(shí)鐘域進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換為10bit位寬并行數(shù)據(jù)1,并檢測USB3.0包起始標(biāo)志符(K28.5)。一旦檢測到起始標(biāo)志符K28.5,使能符號有效(symbol lock),直至檢測到結(jié)束符號,才結(jié)束符號有效。

            彈性緩沖從串并轉(zhuǎn)換接收數(shù)據(jù),所有的接收數(shù)據(jù)與控制都工作在接收時(shí)鐘域(receive clock)。因此彈性緩沖要把數(shù)據(jù)與控制同步到系統(tǒng)時(shí)鐘域(system clock)。把數(shù)據(jù)向下傳遞給8B10B譯碼模塊,而后傳遞給系統(tǒng)內(nèi)部。

            2.2 彈性緩沖容量

            USB3.0中,協(xié)議規(guī)定允許的時(shí)鐘精度為-5300ppm到300ppm。而符號時(shí)鐘頻率為2ns即2000ps,最壞情況下每178個(gè)symbol添加或者刪除一個(gè)SKP,也就是每356個(gè)symbol添加或者刪除一個(gè)SKP對(SKP Order Sets)。USB3.0中包最長為1052字節(jié),所以最差情況下,最多可以添加或刪除8個(gè)SKP或者4個(gè)SKP對,所以彈性緩沖至少要能緩沖8個(gè)SKP。USB3.0協(xié)議規(guī)定每個(gè)SKP order sets為2個(gè)連續(xù)的SKP symbol。因此在10B8B譯碼前,SKP order set的游程(running disparity)應(yīng)該是互補(bǔ)的。

            通過計(jì)算得知,彈性緩沖的緩沖容量為8。本文設(shè)計(jì)采用常半滿2(normal half full)模式來設(shè)計(jì)彈性緩沖,所以彈性緩沖容量為16,在正常情況下里面應(yīng)該有8個(gè)數(shù)據(jù),剩下的8個(gè)為緩沖空間,因此叫常半滿。常半滿模式首先要向緩沖中寫滿8個(gè)symbol,達(dá)到半滿,然后讀使能才可以有效,因此大約有8個(gè)時(shí)鐘的延遲。常半滿模式只有在symbol隊(duì)列中出現(xiàn)SKP對才能添加或者刪除SKP對。下圖為常半滿輸入輸出時(shí)序圖。

          圖 2 常半滿輸入輸出時(shí)序

            從上圖可以看出,rx_valid_out有效要晚于rx_valid_in約8個(gè)時(shí)鐘沿;而無效卻晚于rx_valid_out約0至16個(gè)時(shí)鐘沿(取決于時(shí)鐘精度差)。因此常半滿需要8個(gè)時(shí)鐘延遲才能輸出數(shù)據(jù)。


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