RocketIO收發(fā)器實(shí)現(xiàn)高速通信

8B／10B編碼可以分為256個(gè)數(shù)據(jù)字符和12個(gè)控制字符。數(shù)據(jù)字符，標(biāo)為D，用于傳輸數(shù)據(jù)；控制字符，標(biāo)為K，用于傳輸控制序列。12個(gè)控制字符用于對(duì)齊、控制，以及將帶寬劃分為子通道。

2.2 comma字符檢測(cè)和對(duì)齊

Virtex-4 RrocketIO有可編程的逗號(hào)檢測(cè)，以便于實(shí)現(xiàn)10位字符的各種通信協(xié)議和檢測(cè)，通過(guò)對(duì)MCOMMA_10B_VALUE、DEC_MCOMMA_DETECT、PCOMMA_10B_VALUE、DEC_PCOMMA_DETECT和COMMA_10B_MASK這些參數(shù)的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)任意的8位或10位符號(hào)檢測(cè)。

接收器在輸入數(shù)據(jù)流中掃描搜尋comma字符。如果找到，解串器就調(diào)整序列邊界以匹配檢測(cè)到的comma字符序列，且掃描是連續(xù)進(jìn)行的。一旦對(duì)齊確定，所有后續(xù)comma字符的對(duì)齊均已確定。在任意的序列組合里，comma字符序列必須是唯一的。常用的K字符是12個(gè)K字符中的一個(gè)或多個(gè)。由于K28.1、K28.5、K28.7這些字符的頭7位都是1100000，這種比特序列模式只可以在這些控制字符中出現(xiàn)，因此，這些控制字符是非常理想的對(duì)齊序列。

2.3 時(shí)鐘修正

在時(shí)鐘／數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的作用下，從接收的串行數(shù)據(jù)流中解出時(shí)鐘的頻率和相位，一般將它的20分頻時(shí)鐘作為恢復(fù)時(shí)鐘。在恢復(fù)時(shí)鐘作用下從串行數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)解串器產(chǎn)生并行數(shù)據(jù)作為8B／10B譯碼的輸入，譯碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)入16×52位的接收緩沖器。輸入緩沖器的輸人數(shù)據(jù)速率是由PCS RXCLK的頻率決定的，而從緩沖器讀取端輸出的數(shù)據(jù)速率是由RXUSRCLK的頻率決定的。由于兩個(gè)時(shí)鐘會(huì)有差異，所以需要進(jìn)行時(shí)鐘修正。

時(shí)鐘修正的基本原理是：在發(fā)送端，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送了一定的字節(jié)或數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)包后，通過(guò)插入和發(fā)送一些特定的字節(jié)修正字符；在接收端，當(dāng)接收到這些字符后會(huì)自動(dòng)地丟棄或者重復(fù)來(lái)補(bǔ)償時(shí)鐘的差異。時(shí)鐘修正的核心工作是在比特流中搜尋特定的字符序列。

3 MGT的測(cè)試與驗(yàn)證

本實(shí)驗(yàn)是在XilinX公司的ML405評(píng)估板上進(jìn)行的，使用2個(gè)MGT。其中，MGT1用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)(通過(guò)mgt1_tx_n和mgt1_tx_p這對(duì)差分線)，MGT0用于接收數(shù)據(jù)(通過(guò)mgt0_tx_n和mgt0_tx_p這對(duì)差分線)。使用串行ATA電纜(長(zhǎng)約100 cm)將它們連接起來(lái)形成一個(gè)大環(huán)路，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀回測(cè)試。MGT驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的硬件框圖如圖2所示。

其中，gtll_init_tx模塊產(chǎn)生tx―pmareset、tx_pcsreset復(fù)位信號(hào)以及frame―gen模塊的復(fù)位信號(hào)；frame―gen模塊產(chǎn)生帶有comma字符的數(shù)據(jù)流，每次發(fā)送的數(shù)據(jù)位寬為32位；gtll_init_rx模塊產(chǎn)生rx_pmareset、rx_pcsreset復(fù)位信號(hào)以及frame_check模塊的復(fù)位信號(hào)；frame_check模塊用來(lái)將發(fā)送的數(shù)據(jù)與實(shí)際接收到的來(lái)自于MGT0的并行輸出端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果檢測(cè)到不一致，則frame_check模塊的ERR_COUNT計(jì)數(shù)器就加1，通過(guò)讀取該計(jì)數(shù)器的值和記錄MGT工作的時(shí)間就可以計(jì)算出該系統(tǒng)中MGT的錯(cuò)誤率。

假設(shè)MGT的錯(cuò)誤率為δ，MGT的數(shù)據(jù)傳輸率為μ，MGT傳輸數(shù)據(jù)的有效時(shí)間為τ，ERR_COUNT計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為E，則有：

實(shí)驗(yàn)中測(cè)得，E=319，τ=3 600s，μ=3 Gb／s。將上述數(shù)值代入式(1)，求得δ=2.957×10-11。通過(guò)取不同的時(shí)間τ，每個(gè)τ對(duì)應(yīng)做多次實(shí)驗(yàn)，可以得到δ的范圍為[2.752×10-11，3.168×10-11]。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)具M(jìn)GT的可靠性比較高，可以滿足我們的工程需求，具有很高的實(shí)際使用價(jià)值。

結(jié) 語(yǔ)

目前，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率的要求越來(lái)越高，高速串行互連技術(shù)由于將時(shí)鐘與數(shù)據(jù)合并進(jìn)行傳輸，從而解決了高速并行數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的抖動(dòng)問(wèn)題，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性和成本，減少了引腳數(shù)量和PC板面積。Xilinx公司的Virtex-4 FX系列FPGA器件中所提供的用于實(shí)現(xiàn)高速串行互連的RocketIO IP核，具有使用方便、配置靈活、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，將它用于解決高速串行數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，既簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，又提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性，有很好的應(yīng)用前景。