實現USB3.0物理層中彈性緩沖的設計方案

　　對于添加SKP對，讀指針如何才能知道要添加多少呢？因此讀指針需要寫指針去引導。在設計中，采用了斷點保存和握手來解決。在SKP窗口出現和添加閥值標志有效時候，寫指針在此時計算FIFO中的有效數據個數，根據FIFO中有效數據的個數與8的差距來決定wrptr_nxt所指向的下一個指針點，這就是寫指針跳躍。并且在寫時鐘域把當前的寫指針和下一個所指向的指針點保存起來。在彈性緩沖設計中，讀指針永遠落后于寫指針。

圖 10 寫指針保存斷點

　　3.2.2 握手

　　寫指針在出現SKP窗口和SKP添加閥值觸發(fā)的時候，發(fā)生了跳躍，并保存了斷點，但這只是在寫時鐘域。由于讀指針晚于寫指針，因此采用握手來通知讀時鐘域何時添加SKP。如下圖，當SKP窗口出現，并且添加閥值觸發(fā)時，彈性緩沖保存了斷點，并向讀時鐘域發(fā)起了請求（req），請求一直持續(xù)到讀指針讀到了斷點的起始地址（start_rptr），此時，讀指針讀到了斷點的起始地址，并向寫時鐘發(fā)送收到（ack）。當寫時鐘域收到讀時鐘域的ack信號，撤銷req。讀時鐘域一旦讀到了截止地址（end_ptr）自動撤銷ack信號。在整個讀時鐘域的ack過程中，SKP對被添加。

圖11 握手

　　3.2.3 輸出控制

　　彈性緩沖FIFO讀寫控制的過程中，寫先于讀，首先根絕延遲要寫到規(guī)定的要求，此時寫有效讀無效（定義為W1R0）。當達到規(guī)定的閥值之后，讀寫同時有效（W1R1）。等到寫結束， 即一個包接收完畢，但是讀不一定結束（W0R1），直至讀到空，即所有數據已經同步到本地了（W0R0）表示此次任務結束。這種流程控制為了保持這個數據的完整性。

圖 12 讀寫流程控制

　　USB協(xié)議中明確規(guī)定SKP對為2個連續(xù)的SKP symbol。根據8b10b原則，2個連續(xù)的SKP對的游程是相反的，并且SKP對的添加要符合8b10b3的規(guī)則。

　　中要求，在彈性緩沖下溢的時候，要添加一個EDB字符，并且顯性的用下溢標志。如下圖，在rx-g與rx-h之間，由于讀快于寫，導致了下溢。因此需要添加一個EDB字符，并使能一個時鐘的下溢，并且置狀態(tài)。

圖 13 彈性緩沖下溢

　　PIPE3.0中要求，在彈性緩沖上溢的時候，丟掉一個數據，并且置狀態(tài)。如下圖rx-f、rx-g與rx-h，由于溢出，rx-g被丟棄，并且置狀態(tài)。

圖 14 彈性緩沖上溢

　　5.總結

　　本文通過分析彈性緩沖的作用與機制，采用異步時鐘FIFO來設計彈性緩沖。并且根據USB3.0協(xié)議要求，提出了斷點保存、指針跳躍與握手、指針屏蔽等方法來設計彈性緩沖。本設計充分考慮了PIPE 3.0標準的要求與實際需要，并且應用于工程中，實現了彈性緩沖補償時鐘的目的。