RocketIOTM GTP在串行高速接口中的位寬設(shè)計(jì)

摘要：Virtex-5 RocketI0TM GTP是Xilinx公司根據(jù)高速串行接口開(kāi)發(fā)市場(chǎng)對(duì)高性能GTP的特殊要求而開(kāi)發(fā)的一款具有通用性、易用性、低功耗和低成本特性的GTP收發(fā)器。文章針對(duì)Virtex-5 RocketIOTM GTP收發(fā)器的串行高速系統(tǒng)接口開(kāi)發(fā)過(guò)程中位寬轉(zhuǎn)換的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題提出了解決方案，并以SATA2．0開(kāi)發(fā)為例，通過(guò)Xilinx Virtex-5 XC5VLX50T FPGA驗(yàn)證方案進(jìn)行了可行性驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：RocketI0TM；GTP；串行高速；位寬轉(zhuǎn)換

0 引言
二十世紀(jì)六七十年代，集成電路技術(shù)取得了大幅進(jìn)步，大量元件可以集成到一個(gè)小小的芯片上，因此，當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)便開(kāi)始普遍采用并行通訊處理機(jī)制。但是，隨著技術(shù)進(jìn)步和速度需求的提升，人們發(fā)現(xiàn)，并行通訊也存在很多弊端，比如碼間串?dāng)_，時(shí)鐘混亂，傳輸距離受限，傳輸線造價(jià)高等。
最近幾年，在接口互聯(lián)技術(shù)范圍內(nèi)，高速串行接口正在迅速取代并行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而成為流行的接口標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)今很多公用互連標(biāo)準(zhǔn)(如USB，PCIExpress，Serial ATA)都是基于串行傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的躍升。串行接口技術(shù)的開(kāi)發(fā)也迅速在全世界走紅。
為了迎合串行高速接口技術(shù)開(kāi)發(fā)的廣闊前景，Xilinx公司在推出的Virtex-5 FPGA以及配套的Virtex-5 RocketIOTM GTP收發(fā)中開(kāi)始支持多種協(xié)議，如SATA2．0傳輸協(xié)議。SATA (Serial ATA)，即串行高級(jí)技術(shù)附加裝置，該協(xié)議于2001年發(fā)布，是目前主流的主機(jī)硬盤(pán)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)采用差分信號(hào)串行傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)而解決了IDE硬盤(pán)由于串?dāng)_而導(dǎo)致的傳輸速率受限問(wèn)題。2002年，Serial ATA委員會(huì)確立的Serial ATA 2．0規(guī)范可對(duì)外提供3．0Gb／s的傳輸速率，并支持熱插拔NCO，磁盤(pán)陣列等功能。2005年，SATA2．0產(chǎn)品正式上市。此外，Virtex-5 Rock-etI0TM GTP收發(fā)器還可以完成內(nèi)部8B／10B轉(zhuǎn)換，但是，Virtex-5 RocketIOTMGTP進(jìn)行8B／10B轉(zhuǎn)換時(shí)，處理的目標(biāo)數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位，即并行數(shù)據(jù)接收端的最大位寬為16bit，而SATA2．0協(xié)議中定義的數(shù)據(jù)處理單位是雙字(DW：Double Words)，同時(shí)，F(xiàn)PGA中設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理邏輯也是根據(jù)協(xié)議的要求而定義為75MHz的時(shí)鐘域來(lái)進(jìn)行處理，因此，在將數(shù)據(jù)交給FPGA中的數(shù)據(jù)處理主體邏輯之前，還必須進(jìn)行等速率的時(shí)鐘域和位寬的轉(zhuǎn)換。
為此，本文在對(duì)Virtex-5 RocketIOTM GTP進(jìn)行了解的基礎(chǔ)上，針對(duì)串行高速接口開(kāi)發(fā)中位寬不匹配的問(wèn)題，提出了一種位寬轉(zhuǎn)換方法，以解決Virtex-5 RocketI0TM GTP無(wú)法直接應(yīng)用于某些串行高速接口開(kāi)發(fā)的問(wèn)題，并就SATA2．0接口開(kāi)發(fā)中該問(wèn)題的解決方案進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 SATA2．0協(xié)議數(shù)據(jù)的相關(guān)操作結(jié)構(gòu)
根據(jù)SATA2．0協(xié)議規(guī)定，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作和傳輸時(shí)的基本單位是Dword (Double、word)，共計(jì)32 bit，由低有效字wordO和高有效字wordl組成，也可以看做是由byte0～byte3四個(gè)有效字節(jié)組成。其相互關(guān)系如圖1所示。

原語(yǔ)(primitive)是主機(jī)與設(shè)備間鏈路層交互的載體，一般由一個(gè)帶有控制字符byteO和附加字符bvtel―byte3的Dword組成，SATA2．0協(xié)議將原語(yǔ)的byte0稱為K字符，將附加字符bytel一byte3稱為D字符，由不同的K字符和D字符可以構(gòu)成原語(yǔ)組。字符內(nèi)容由8B／10B轉(zhuǎn)換中的6―4分組確定。其原語(yǔ)組的編碼如表1所列。